JP5080989B2 - Imaging of the object of interest - Google Patents

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Description

本発明は、撮像の分野に関する。特に、本発明は、関心物体を撮像する装置、配列及び方法に関し、アクセプタ及び/又はドナーを有する粒子を、関心物体を撮像する装置、配列又は方法に利用する方法に関し、コンピュータ読み取り可能な媒体に関し、プログラム要素に関する。   The present invention relates to the field of imaging. In particular, the present invention relates to an apparatus, arrangement and method for imaging an object of interest, to a method for utilizing particles having an acceptor and / or donor in an apparatus, arrangement or method for imaging an object of interest, and to a computer readable medium. , Relating to program elements.

体の部位の診断撮像の手法がいくつか存在している。前述の手法には、超音波撮像及び蛍光撮像が含まれる。混濁した媒質(例えば、組織)内の蛍光撮像における主要な課題には、励起光及び放出蛍光の強い散乱のために空間分解能が非常に劣っているということがある。よって、従来技術の光学的蛍光X線断層撮像の分解能は限定的である。   There are several methods for diagnostic imaging of body parts. Such techniques include ultrasound imaging and fluorescence imaging. A major challenge in fluorescence imaging within a turbid medium (eg, tissue) is that the spatial resolution is very poor due to strong scattering of excitation and emission fluorescence. Thus, the resolution of the prior art optical fluorescent X-ray tomography is limited.

撮像手段として光(例えば、蛍光)を使用する場合に直面する別の課題として、変調がないということがある。音波及び照射の組合せによってもたらされる画像を再構成することによって画像を再生することが知られている。A. Korpelによる著書「Acousto-Optics」(Marcel Dekker Inc. 1997)を参照されたい。前述の方法では、音波によって生じる屈折率の変動は、屈折率の変動の入射光への影響によって視覚化される。しかし、音波によって生じる率の変動は小さく、画像の品質は悪い。   Another problem encountered when using light (eg, fluorescence) as an imaging means is that there is no modulation. It is known to reconstruct an image by reconstructing the image resulting from the combination of sound waves and illumination. See the book “Acousto-Optics” by A. Korpel (Marcel Dekker Inc. 1997). In the method described above, the refractive index variation caused by the sound wave is visualized by the effect of the refractive index variation on the incident light. However, the rate variation caused by sound waves is small and the image quality is poor.

光強度の変動を可能にする別の方法には、蛍光のドナー/アクセプタ対のパートナー間の距離を修正する工程が含まれる。ドナー分子は、励起光を吸収するが、蛍光を発しない。ドナーがアクセプタに十分に近い場合、エネルギが、いわゆる蛍光共鳴エネルギ移動(FRET)によって、又は、より一般には、直接的な双極子‐双極子相互作用によってアクセプタに移動し、アクセプタは蛍光を放出する。よって、蛍光強度は、ドナーとアクセプタとの間の距離に依存する。蛍光共鳴エネルギ移動(FRET)は、ドナーとアクセプタとの間の距離に強く依存する(r−6に比例する)現象である。エネルギ移動がない状態から、エネルギ移動が非常に効果的な状態への遷移は非常に鋭い、すなわち、高い蛍光モジュレーションを達成することができる。FRETは、タンパク質間の結合を求める生物学の応用例に用いられているか、又は、膜構造の研究、若しくは、膜間の相互作用の研究に用いられている。前述の目的で、FRETの蛍光ドナー及び/又はアクセプタを含む小胞が開発されている(Wong及びGroves 2002 Proc. Natl. Acad. USA 99, 14147-14152; John et al. 2002 Biophys. J. 83, 1525-1534; Leidy et al 2001 Biophys. J. 80, 1819-1828)。 Another method that allows for variations in light intensity involves modifying the distance between the partner of the fluorescent donor / acceptor pair. Donor molecules absorb excitation light but do not fluoresce. If the donor is close enough to the acceptor, energy is transferred to the acceptor by so-called fluorescence resonance energy transfer (FRET) or, more generally, by direct dipole-dipole interaction, and the acceptor emits fluorescence. . Thus, the fluorescence intensity depends on the distance between the donor and acceptor. Fluorescence resonance energy transfer (FRET) is a phenomenon that is strongly dependent on the distance between the donor and acceptor (proportional to r- 6 ). The transition from a state without energy transfer to a state in which energy transfer is very effective is very sharp, ie high fluorescence modulation can be achieved. FRET has been used in biology applications seeking binding between proteins, or in the study of membrane structure or the study of interactions between membranes. For these purposes, vesicles containing fluorescent donors and / or acceptors of FRET have been developed (Wong and Groves 2002 Proc. Natl. Acad. USA 99, 14147-14152; John et al. 2002 Biophys. J. 83 , 1525-1534; Leidy et al 2001 Biophys. J. 80, 1819-1828).

蛍光グループを有する超音波マイクロバブル小胞は、例えば、米国特許第 6,123,923号明細書によって公知である。   Ultrasonic microbubble vesicles with fluorescent groups are known, for example, from US Pat. No. 6,123,923.

本発明の目的は、充分な精度で関心物体を撮像することを可能にすることである。   An object of the present invention is to make it possible to image an object of interest with sufficient accuracy.

上記目的を達成するために、独立請求項記載の構成を備えた、関心物体を撮像する装置、配列及び方法と、アクセプタ及び/又はドナーを備える粒子を利用する方法と、コンピュータ読み取り可能な媒体と、プログラム要素とを提供する。   To achieve the above object, an apparatus, an arrangement and a method for imaging an object of interest, a method using particles comprising an acceptor and / or a donor, and a computer readable medium comprising the arrangement of the independent claims Providing program elements.

本発明の例示的な実施例によれば、関心物体を撮像する装置が提供される。この装置は、関心物体上に少なくとも2つの異なる周波数の超音波を放出するよう適合させた超音波装置と、一次電磁放射の吸収に応答し、かつ超音波に応答して、関心物体によって放出される電磁蛍光放射を検出するよう適合させた電磁放射検出器とを有する。   According to an exemplary embodiment of the present invention, an apparatus for imaging an object of interest is provided. The device is adapted to emit at least two different frequencies of ultrasound on the object of interest and is responsive to absorption of primary electromagnetic radiation and emitted by the object of interest in response to ultrasound. And an electromagnetic radiation detector adapted to detect electromagnetic fluorescence radiation.

本発明の別の例示的な実施例によれば、関心物体を有し、関心物体の撮像のために前述の構成を有する装置を有する、関心物体を撮像する配列を提供する。   According to another exemplary embodiment of the present invention, there is provided an array for imaging an object of interest having an object of interest and having an apparatus having the above-described configuration for imaging of the object of interest.

更に、本発明の別の例示的な実施例によれば、関心物体上に少なくとも2つの異なる周波数の超音波を放出する工程と、一次電磁放射の吸収に応答し、かつ超音波に応答して、関心物体によって放出される電磁蛍光放射を検出する工程とを有する、関心物体を撮像する方法を提供する。   Furthermore, according to another exemplary embodiment of the present invention, emitting at least two different frequencies of ultrasonic waves on the object of interest, in response to absorption of primary electromagnetic radiation, and in response to ultrasonic waves Detecting an electromagnetic fluorescent radiation emitted by the object of interest.

更に、本発明の別の例示的な実施例によれば、粒子を用いる方法を教示する。粒子は、関心物体に付着可能であり、関心物体を撮像するために前述の構成を有する装置、アレイ及び方法のために、電磁放射を吸収するよう適合させたドナー及び/又は電磁蛍光放射を放出するアクセプタを有する。   Furthermore, according to another exemplary embodiment of the present invention, a method of using particles is taught. The particles can attach to the object of interest and emit donors and / or electromagnetic fluorescent radiation adapted to absorb electromagnetic radiation for devices, arrays and methods having the above-described configuration for imaging the object of interest. Has an acceptor.

更に、プロセッサによって実行されると前述の方法工程を実行するよう適合させた、関心物体を撮像するコンピュータ・プログラムを記憶するコンピュータ読み取り可能な媒体が提供される。   Further provided is a computer readable medium storing a computer program for imaging an object of interest adapted to perform the aforementioned method steps when executed by a processor.

更に、本発明の別の例示的な実施例によれば、プロセッサによって実行されると前述の方法工程を実行するよう適合させた、関心物体を撮像するプログラム要素が提供される。   Furthermore, according to another exemplary embodiment of the present invention, there is provided a program element for imaging an object of interest adapted to perform the aforementioned method steps when executed by a processor.

本発明による関心物体の撮像は、コンピュータ・プログラムによって(すなわち、ソフトウェアによって)、1つ又は複数の特殊な最適化電子回路を用いることによって(すなわち、ハードウェアにおいて)、又は複合形で(すなわち、ソフトウェア構成部分及びハードウェア構成部分によって)実現することが可能である。   Imaging of the object of interest according to the present invention can be performed by a computer program (ie, by software), by using one or more special optimization electronics (ie, in hardware), or in a complex form (ie, It can be realized by software components and hardware components.

本発明による特徴的な構成は特に、関心物体による電磁放射の吸収及び蛍光と組み合わせた、関心物体に対するマルチ周波数超音波の放出に基づいた撮像システムが提供されるという利点を有する。物体の別々の部分に対する異なる周波数の超音波の放出は、関心物体の当該部分の機械的振動が特性周波数で誘発されるという効果を有する。この機械的振動周波数は、当該部分の電磁蛍光放射の放出特性を変調させる。よって、関心物体の別々の部分の機械振動状態は異なる。これによって、別々の部分の蛍光放射の異なる特性がもたらされる。関心物体の別々の部分が、異なる周波数を有する超音波によって影響されるので、前述の別々の部分の蛍光信号は適宜、変調される。その結果、再放出された電磁蛍光放射スペクトルの周波数解析によって、物体の別々の部分からの蛍光の寄与間で区別することが可能になる。よって、関心物体の物理構造の空間分解された再生が可能になる。   The characteristic arrangement according to the invention has the advantage in particular that an imaging system based on the emission of multi-frequency ultrasound to the object of interest is provided, combined with the absorption and fluorescence of electromagnetic radiation by the object of interest. The emission of different frequencies of ultrasound to different parts of the object has the effect that mechanical vibrations of that part of the object of interest are induced at the characteristic frequency. This mechanical vibration frequency modulates the emission characteristics of the portion of the electromagnetic fluorescent radiation. Thus, the mechanical vibration states of different parts of the object of interest are different. This results in different characteristics of the fluorescence emission of the different parts. Since different parts of the object of interest are affected by ultrasound having different frequencies, the fluorescent signals of the aforementioned different parts are appropriately modulated. As a result, frequency analysis of the re-emitted electromagnetic fluorescence emission spectrum makes it possible to distinguish between the fluorescence contributions from different parts of the object. Therefore, spatially resolved reproduction of the physical structure of the object of interest is possible.

関心物体の材料が、一次電磁放射(例えば、環境又は光源からの光)によって励起された場合、かつ、関心物体の一部分が、異なる周波数の超音波によって機械的に振動させられた場合、関心物体の構造に関する情報を符号化させた電磁蛍光検出信号が検出可能である。前述の情報は、超音波変調周波数において、かつ、測定された信号の別々の寄与の強度において含まれる。   If the material of the object of interest is excited by primary electromagnetic radiation (eg, light from the environment or light source) and if a portion of the object of interest is mechanically vibrated by ultrasound of a different frequency, the object of interest It is possible to detect an electromagnetic fluorescence detection signal obtained by encoding information on the structure of The aforementioned information is included at the ultrasonic modulation frequency and at the intensity of the separate contribution of the measured signal.

特に、異なる周波数を有する超音波が、試料の別々の位置に当たると、先行して吸収された励起放射に応答して再放出された光信号(光検出器によって検出することができる)は、関心物体の別々の位置に割り当てることが可能な、オーバレイされた周波数成分を有する。それによって、関心物体の構造を明確に再算出することが可能になる。   In particular, when ultrasound waves having different frequencies strike different locations on the sample, the optical signal re-emitted in response to the previously absorbed excitation radiation (which can be detected by a photodetector) is of interest. It has an overlaid frequency component that can be assigned to different positions of the object. This makes it possible to clearly recalculate the structure of the object of interest.

1つ又は複数のドナー/アクセプタ対を関心物体上に備えることが可能である。ドナーは、励起光を吸収するよう適合させることができ、アクセプタは、アクセプタが蛍光を放出することができるようにドナーがエネルギをアクセプタに移動するようにドナーと相互作用するために備えることができる。この移動は、ドナーとアクセプタとの間の現在の距離に依存し得る。距離が十分少ない場合、エネルギ移動をオンにすることができ、距離が十分に大きい場合、エネルギ移動をオフにすることができる。ドナーとアクセプタとの間の距離が、超音波音によって誘発される振動によって変調される場合、再放出された蛍光信号はそれに応じて変調される。よって、検出信号パターンは、物体の対応する部分に当たる超音波の周波数によって特徴的に修正される。その結果、検出器によって検出される周波数パターンによって、対象の物体の(3次元)構造を再構成することが可能になる。   One or more donor / acceptor pairs can be provided on the object of interest. The donor can be adapted to absorb the excitation light and the acceptor can be equipped to interact with the donor so that the donor transfers energy to the acceptor so that the acceptor can emit fluorescence. . This movement may depend on the current distance between the donor and acceptor. If the distance is sufficiently small, energy transfer can be turned on, and if the distance is sufficiently large, energy transfer can be turned off. If the distance between the donor and acceptor is modulated by vibrations induced by ultrasonic sound, the re-emitted fluorescence signal is modulated accordingly. Therefore, the detection signal pattern is characteristically corrected by the frequency of the ultrasonic wave hitting the corresponding part of the object. As a result, the (three-dimensional) structure of the target object can be reconstructed by the frequency pattern detected by the detector.

本発明による撮像システムは、超音波によって駆動可能な(例えば、光学式の)探触子による高速並列撮像が可能になる。よって、高分解能(光学式)蛍光撮像が可能になる。本発明の例示的な実施例によれば、マイクロバブルを関心物体に付着させる。このマイクロバブルは、超音波の焦点への露出中にのみ蛍光を放出する。よって、事実上、超音波の焦点のサイズが撮像の分解能を定める。本発明によるマルチ周波数トランスデューサは、異なる周波数を有する超音波を放出することができるので、本発明によれば、特定の視野を点毎に走査しなければならないことが不可欠である。よって、測定手順に必要な時間はかなり短縮される。本発明によれば、撮像処理の並列化を可能にし、それによって、獲得時間のかなりの短縮がもたらされる撮像方法を開示する。   The imaging system according to the present invention enables high-speed parallel imaging using a probe (for example, an optical type) that can be driven by ultrasonic waves. Therefore, high resolution (optical) fluorescence imaging is possible. According to an exemplary embodiment of the present invention, microbubbles are attached to an object of interest. The microbubbles emit fluorescence only during exposure to the ultrasound focus. Thus, in effect, the size of the ultrasound focus determines the resolution of the imaging. Since the multi-frequency transducer according to the present invention can emit ultrasonic waves having different frequencies, it is essential according to the present invention that a specific field of view must be scanned point by point. Thus, the time required for the measurement procedure is considerably shortened. In accordance with the present invention, an imaging method is disclosed that allows parallel imaging processing, thereby resulting in a significant reduction in acquisition time.

本発明による一局面は、超音波の焦点の配列を視野(FOV)に同時に施し、周波数符号化を使用する(視野からの生じている光信号を焦点自体に帰するため)ことである。このことは可能である。特定の超音波の焦点からの光学的蛍光信号は、この特定の超音波の焦点の位置の超音波場の周波数によって変調されるからである。   One aspect according to the present invention is to simultaneously apply an array of ultrasonic focal points to the field of view (FOV) and use frequency encoding (to attribute the resulting optical signal from the field of view to the focal point itself). This is possible. This is because the optical fluorescence signal from a specific ultrasonic focus is modulated by the frequency of the ultrasonic field at the location of this specific ultrasonic focus.

よって、1つ又は複数の超音波トランスデューサは、対象の物体の延長方向に沿って隣接した2つ以上の焦点を形成するよう企図された、別個の周波数f1、f2、…の2つ以上超音波場を同時に放出する。前述の焦点それぞれはその場合、光学的蛍光信号を放出する。この光学的蛍光信号は、当該超音波周波数によって変調される。検出後、検出信号の周波数構造の解析(この解析は、フーリエ変換を用いて行うことが可能である)を行い、前述の周波数成分それぞれを個々に分離することを可能にすることができる。焦点場所と焦点周波数との間の既知の、又は容易に導き出すことが可能な関係(超音波トランスデューサの幾何形状及び動作モードを選ぶことによって制御可能である)によって、周波数f1,f2,…での光信号成分はそれらのソースの場所に帰すことが可能である。   Thus, the one or more ultrasonic transducers are two or more ultrasonic waves at separate frequencies f1, f2,... Intended to form two or more adjacent focal points along the direction of extension of the object of interest. Release the field at the same time. Each of the aforementioned focal points then emits an optical fluorescence signal. This optical fluorescence signal is modulated by the ultrasonic frequency. After detection, analysis of the frequency structure of the detection signal (this analysis can be performed using Fourier transform) can be made to separate each of the aforementioned frequency components individually. By a known or easily derivable relationship between focus location and focus frequency (which can be controlled by choosing the geometry and operating mode of the ultrasonic transducer) at frequencies f1, f2, ... The optical signal components can be attributed to their source location.

例示的な実施例によれば、多数の焦点を施し、使用する場のうちの大きな部分を同時に獲得することができる。前述の焦点は、何れかの幾何パターンで(例えば、立方体又は正方形内の線に沿って隣接させて、又は、格子内で空間的に離して)配置することができる。一般に、光検出器は、必ずしも空間分解しなくてよい。超音波場は、放出された超音波の周波数分布によって空間分解を行うからである。しかし、空間分解能を有する超音波場を用いて、如何なる超音波周波数も、光検出器の空間分解能の距離より遠く離れたいくつかの焦点に同時に用いることが可能である。   According to an exemplary embodiment, multiple focal points can be applied and a large portion of the field used can be acquired simultaneously. The aforementioned focal points can be arranged in any geometric pattern (eg, adjacent along a line in a cube or square, or spatially separated in a grid). In general, the photodetector does not necessarily have to be spatially resolved. This is because the ultrasonic field is spatially decomposed by the frequency distribution of the emitted ultrasonic waves. However, using an ultrasonic field with spatial resolution, any ultrasonic frequency can be used simultaneously on several focal points farther away than the spatial resolution distance of the photodetector.

本発明によって達成可能な測定時間高速化倍率は、同時の超音波焦点の数に依存する。   The measurement time acceleration magnification achievable by the present invention depends on the number of simultaneous ultrasonic focal points.

本発明は、周波数符号化を用いて、点毎に撮像するよりも、むしろ光撮像を並列化することを可能にする。超音波トランスデューサは、遠く離れた超音波周波数f1及びf2で2つ(又は更に多くの)超音波場を同時に放出することができる。これは、関心物体が位置する軸に沿って2つの焦点を形成するよう企図することができる。前述の焦点それぞれは次いで、一次電磁エネルギを吸収後、電磁的蛍光信号を放出する。この電磁的蛍光信号は当該超音波周波数によって変調される。検出後、フーリエ変換によって、前述の周波数成分を分解する。これらは、ソース場所に帰することが可能である。   The present invention allows frequency imaging to be used to parallel optical imaging rather than imaging point by point. The ultrasonic transducer can emit two (or more) ultrasonic fields simultaneously at far ultrasonic frequencies f1 and f2. This can be designed to form two focal points along the axis where the object of interest is located. Each of the aforementioned focal spots then emits an electromagnetic fluorescence signal after absorbing the primary electromagnetic energy. This electromagnetic fluorescence signal is modulated by the ultrasonic frequency. After detection, the above-described frequency component is decomposed by Fourier transform. These can be attributed to the source location.

高分解能光学的蛍光撮像のかなりの高速化を達成することが、本発明によるシステムの利点である。対象の物体の異なる部分の撮像処理/走査の周波数分解並列化によって、信号対雑音比の損失は生じない。本発明はとりわけ、分子撮像、組織の光撮像、混濁した媒質における光学追跡、等の分野における適用例を有する。   It is an advantage of the system according to the invention to achieve a considerable speedup of high resolution optical fluorescence imaging. Due to the frequency-resolved parallelization of imaging processing / scanning of different parts of the object of interest, no signal to noise ratio loss occurs. The invention has application in particular in the fields of molecular imaging, optical imaging of tissue, optical tracking in turbid media, and the like.

例示的な実施例によれば、本発明は、蛍光撮像(蛍光X線断層撮像など)の組成物及び方法を教示する。この意味合いにおいて、本発明は、超音波を励起させる2つ、3つ、又はそれ以上の異なる周波数値を用いることによって、光測定スペクトルにおいて、測定する対象の粒子の別々の部分間で区別する非常に並列化された測定システムを提供する。   According to exemplary embodiments, the present invention teaches compositions and methods for fluorescence imaging (such as X-ray fluorescence imaging). In this context, the present invention distinguishes between different parts of the particles to be measured in the light measurement spectrum by using two, three or more different frequency values that excite the ultrasound. A parallel measurement system is provided.

本発明の一局面によれば、使用される粒子は、蛍光ドナーと蛍光アクセプタとの間の距離を変えることによって、放出された蛍光の、造影剤による変調を示し得る。前述の距離を変えることによって、蛍光は、オンにするか、変調するか、オフにすることが可能である。励起超音波の周波数毎に、距離の変更は、関心物体の部分毎に個々に制御することが可能である。   According to one aspect of the invention, the particles used can exhibit contrast agent modulation of the emitted fluorescence by changing the distance between the fluorescent donor and the fluorescent acceptor. By changing the aforementioned distance, the fluorescence can be turned on, modulated, or turned off. For each frequency of the excitation ultrasound, the change in distance can be controlled individually for each part of the object of interest.

本発明は、マルチ周波数領域における、合成された光学式超音波撮像のシステムを記載している。このシステムでは、空間分解能が高い場合に超音波が用いられ、蛍光検出が高感度につながる。異なる超音波周波数の実現によって、短い測定時間が実現される。その結果、動く物体の測定も、動きアーチファクトのおそれなしで行うことが可能である。   The present invention describes a combined optical ultrasound imaging system in the multi-frequency domain. In this system, ultrasonic waves are used when the spatial resolution is high, and fluorescence detection leads to high sensitivity. By realizing different ultrasonic frequencies, a short measurement time is realized. As a result, moving objects can also be measured without fear of motion artifacts.

関心物体には、FRETによるエネルギ移動のためのドナー及び/若しくはアクセプタ、又は、ドナー群及び/若しくはアクセプタ群を備えることができる。   The object of interest can comprise a donor and / or acceptor or donor group and / or acceptor group for energy transfer by FRET.

複数の所定周波数を有する超音波場を用いて、非蛍光状態から蛍光状態に、又は逆方向に関心物体の特定部分の化合物又は組成物を、例えば、柔軟なバスキュラー(vascular)粒子(例えば、蛍光ドナー及び/又は蛍光アクセプタを有するマイクロバブル)などの柔軟な粒子を用いて切替えることが可能である。   Using an ultrasonic field having a plurality of predetermined frequencies, a compound or composition of a specific portion of the object of interest, eg, a flexible vascular particle (eg, It is possible to switch using flexible particles, such as microbubbles with fluorescent donors and / or fluorescent acceptors.

よって、粒子は、特定の周波数の超音波場(フォーカスさせることができる)によって強制的に変形又は振動させることができる。これは、粒子上若しくは粒子内、又は関心物体上又は関心物体内の蛍光ドナーと蛍光アクセプタとの間の距離の特徴的な時間依存性変動をもたらし得る。FRETに関連した例示的な実施例によれば、FRET効果の、距離rに対する強い依存性(r−6に比例)によって、エネルギ移動が、ない(事実上、0%の)状態から、エネルギ移動が、非常に効果的な(事実上、100%の)状態への移行は非常に急激である。よって、大きな蛍光モジュレーションを達成し、よって、高い信号対雑音比を達成することが可能である。本発明によるシステムを用いれば、空間分解能は、1mm3以下程度であり得る超音波の焦点のサイズによって制限することが可能である。これは、従来技術の光学式蛍光X線断層撮像の分解能に対して1,000倍以上であり得る。本発明によれば、この高い空間分解能は、高い時間分解能と合成される。本発明によれば、蛍光はFRETによって発生することが可能であるが、励起状態反応などのエネルギ移動の他のメカニズムによっても生成することが可能である。 Thus, the particles can be forced to deform or vibrate by an ultrasonic field of a specific frequency (which can be focused). This can result in characteristic time-dependent variations in the distance between the fluorescent donor and the fluorescent acceptor on or within the particle, or on or within the object of interest. According to an exemplary embodiment related to FRET, the energy transfer from a state where there is no energy transfer (effectively 0%) due to the strong dependence of the FRET effect on the distance r (proportional to r −6 ). However, the transition to a very effective (effectively 100%) state is very rapid. Thus, it is possible to achieve a large fluorescence modulation and thus a high signal to noise ratio. With the system according to the invention, the spatial resolution can be limited by the size of the ultrasound focus, which can be as low as 1 mm 3 or less. This can be over 1,000 times the resolution of prior art optical X-ray fluorescence tomography. According to the present invention, this high spatial resolution is combined with a high temporal resolution. According to the present invention, fluorescence can be generated by FRET, but can also be generated by other mechanisms of energy transfer such as excited state reactions.

本発明の例示的な1つの適用例は、蛍光ドナー及び/又は蛍光アクセプタを備えた粒子を含む造影剤を有する個人の体の部位又は組織の画像の提供に関する。これは、前述の体の部位又は組織に超音波を施し、造影剤によって放出される蛍光の変調を記録することによって行うことができる。   One exemplary application of the present invention relates to providing an image of a body part or tissue of an individual having a contrast agent that includes particles with fluorescent donors and / or fluorescent acceptors. This can be done by applying ultrasound to the aforementioned body part or tissue and recording the modulation of the fluorescence emitted by the contrast agent.

超音波撮像に適合させた本発明の装置によれば、超音波マルチ周波数ソース、及び放出された蛍光を検出する装置を提供する。光放出は、特定の周波数と関係付け、超音波ビームをフォーカスすることによって局所的に調節することが可能である。対象物体の別々の部分による個々の寄与を分離するための周波数解析を実現して、検出された蛍光から画像を生成する再構成装置を提供することができる。制御装置は、光源による光の放出、及び/又は記録される光の検出によって超音波の生成及び/又は超音波の記録を制御することができる。前述の制御装置は、関心物体の別々の部分に当たるように放出される、異なる周波数の超音波の放出を制御することもできる。   The apparatus of the present invention adapted for ultrasound imaging provides an ultrasound multi-frequency source and an apparatus for detecting emitted fluorescence. The light emission can be related to a specific frequency and adjusted locally by focusing the ultrasound beam. It is possible to provide a reconstruction device that realizes a frequency analysis for separating individual contributions by different parts of the target object and generates an image from the detected fluorescence. The control device can control generation of ultrasonic waves and / or recording of ultrasonic waves by emission of light from a light source and / or detection of recorded light. The aforementioned control device can also control the emission of different frequencies of ultrasound emitted to strike different parts of the object of interest.

以下、本発明による例示的な実施例について説明する。   Hereinafter, exemplary embodiments according to the present invention will be described.

次に、関心物体を撮像する装置の例示的な実施例について説明する。しかし、前述の実施例は、関心物体を撮像する配列及び方法、本発明による利用の方法、プログラム要素及びコンピュータ読み取り可能な媒体にも適用可能である。   Next, an exemplary embodiment of an apparatus for imaging an object of interest will be described. However, the foregoing embodiments are also applicable to arrays and methods for imaging an object of interest, methods of use according to the present invention, program elements and computer readable media.

上記装置の超音波装置は、関心物体の少なくとも2つの別々の部分上に少なくとも2つの異なる周波数の超音波を放出するよう適合させることができる。すなわち、超音波トランスデューサは、特定の機械波束の方向及び周波数を個々に調節することが可能であるように適合させることができる。その結果、異なる周波数の機械波を関心物体の別々の焦点又は部分上に当てることが可能である。   The ultrasound device of the device can be adapted to emit at least two different frequencies of ultrasound on at least two separate portions of the object of interest. That is, the ultrasonic transducer can be adapted so that the direction and frequency of a particular mechanical wave packet can be individually adjusted. As a result, it is possible to focus different frequency mechanical waves on different focal points or portions of the object of interest.

特に、超音波装置は、少なくとも2つの異なる周波数の超音波を、関心物体の少なくとも2つの別々の部分上に同時に(すなわち、時間的に並列に)放出するよう適合させることができる。この実施例によれば、異なる周波数の超音波によって照射される対象の関心物体の別々の焦点は同時に照射される。その結果、蛍光放射も事実上同時に放出される。しかし、超音波の周波数情報が蛍光放射になお含まれているので、検出信号の適切な周波数解析によって、関心物体の別々の部分から生じている信号間で区別することが可能である。   In particular, the ultrasound device can be adapted to emit ultrasound of at least two different frequencies simultaneously (ie in parallel in time) onto at least two separate parts of the object of interest. According to this embodiment, different focal points of the object of interest illuminated by different frequency ultrasounds are illuminated simultaneously. As a result, fluorescent radiation is also emitted virtually simultaneously. However, since the frequency information of the ultrasound is still included in the fluorescence emission, it is possible to distinguish between signals originating from different parts of the object of interest by appropriate frequency analysis of the detection signal.

超音波装置は、関心物体の少なくとも2つの別々の部分によって放出される電磁蛍光放射が少なくとも2つの異なる周波数によって変調されるように、関心物体の少なくとも2つの別々の部分上の少なくとも2つの異なる周波数の超音波を放出するよう適合させることができる。すなわち、超音波場の周波数の空間依存性を規定することによって、再放出電磁放射の周波数の空間依存性を調節することが可能である。よって、検出信号が生じた、対象体積の部分(すなわち、関心物体のボクセル)を再追跡することが、検出信号寄与の変調周波数によって可能になる。   The ultrasound device is configured to provide at least two different frequencies on at least two separate portions of the object of interest such that the electromagnetic fluorescent radiation emitted by the at least two separate portions of the object of interest is modulated by at least two different frequencies. And can be adapted to emit ultrasound. That is, by defining the spatial dependence of the frequency of the ultrasonic field, it is possible to adjust the spatial dependence of the frequency of re-emitted electromagnetic radiation. Thus, the modulation frequency of the detection signal contribution makes it possible to retrack the part of the volume of interest (i.e. the voxel of the object of interest) where the detection signal occurred.

超音波装置は少なくとも2つの別個の超音波源に分けることができる。少なくとも2つの別個の超音波源それぞれは、関心物体上に特定の周波数の超音波を放出するよう適合させることができる。よって、複数の超音波装置の配列を提供することができる。別々の超音波源は、異なる超音波周波数を放出することができ、互いに一定間隔をおいて配置される。この配置の幾何形状によって、超音波放射によって照射される焦点が規定される。   The ultrasound device can be divided into at least two separate ultrasound sources. Each of the at least two separate ultrasound sources can be adapted to emit a particular frequency of ultrasound on the object of interest. Therefore, an array of a plurality of ultrasonic devices can be provided. Separate ultrasonic sources can emit different ultrasonic frequencies and are spaced apart from one another. The geometry of this arrangement defines the focal spot illuminated by the ultrasonic radiation.

本明細書記載の実施例をなお参照すれば、少なくとも2つの別個の超音波源を、線形に、かつ、互いに一定間隔をおいて配置することができる。少なくとも2つの別個の超音波源間に間隔をおき、それらを線形順序で配置することによって、対象の物体から1次元スペクトルを得ることが可能である。超音波源の線形配置を、別々の超音波源の配置方向に対してほぼ垂直な方向に沿って移動することによって、関心物体の2次元走査を、1次元の機械的動きによって行うことが可能である。   Still referring to the examples described herein, at least two separate ultrasound sources can be arranged linearly and at regular intervals from one another. By spacing between at least two separate ultrasound sources and placing them in a linear order, it is possible to obtain a one-dimensional spectrum from the object of interest. 2D scanning of the object of interest can be done with 1D mechanical movement by moving the linear arrangement of the ultrasound sources along a direction that is approximately perpendicular to the direction of the placement of the separate ultrasound sources It is.

あるいは、少なくとも2つの別個の超音波源をマトリクスのように配置し、互いに間隔をおいて配置することができる。超音波源の2次元配列を設けることによって、可動部分は走査に全く不要であり、2次元の測定を、非常に短い測定時間で行うことが可能である。例えば、別々の超音波源は、2次元格子のノード上に配置し、よって、別々の超音波源の焦点を適切に規定することができる。   Alternatively, at least two separate ultrasound sources can be arranged like a matrix and spaced apart from each other. By providing a two-dimensional array of ultrasonic sources, no moving parts are required for scanning, and two-dimensional measurements can be performed in a very short measurement time. For example, separate ultrasound sources can be placed on the nodes of a two-dimensional grid, thus properly defining the focus of the separate ultrasound sources.

少なくとも2つの別個の超音波装置は、少なくとも2つの別個の超音波源毎に別個に超音波の放出の振幅及び位相が制御可能又は調節可能であるように特定の周波数の超音波を関心物体上に放出するよう適合させることができる。超音波の位相(すなわち、振動状態)及び振幅(すなわち、強さ又は強度)は、よって、超音波源毎に個々に調整することが可能である。   At least two separate ultrasound devices transmit ultrasound at a specific frequency on the object of interest so that the amplitude and phase of the ultrasound emission can be controlled or adjusted separately for each of at least two separate ultrasound sources. Can be adapted for release. The phase (ie vibration state) and amplitude (ie strength or intensity) of the ultrasound can thus be adjusted individually for each ultrasound source.

超音波装置は、少なくとも2つの異なる周波数の超音波を別々の空間方向に放出するよう適合させた単一の超音波源として実現することができる。この実施例によれば、関心物体に当たる超音波の別々の焦点を規定するような別々の方向に超音波を放出する単一のマルチ周波数の超音波源又は超音波トランスデューサが提供される。関心物体の別々の部分に向けた超音波音のこの放出は、同時に又は順次行うことが可能である。   The ultrasound device can be implemented as a single ultrasound source adapted to emit at least two different frequencies of ultrasound in separate spatial directions. According to this embodiment, a single multi-frequency ultrasound source or transducer is provided that emits ultrasound in different directions that define different focal points of the ultrasound that strikes the object of interest. This emission of ultrasonic sound towards different parts of the object of interest can occur simultaneously or sequentially.

超音波装置は、連続して放出する方法、変調して放出する方法、及びパルスで放出する方法を有する群のうちの1つの方法で関心物体上に超音波を放出するよう適合させることができる。超音波を連続して放出することによって、強度の検出信号を達成可能であり、それによって、短い測定時間及び適切な統計がもたらされる。超音波をパルスで放出することによって、放出される蛍光放射の変調もパルス化される。その結果、励起超音波信号、及び放出された検出信号の明確な割り当てが達成される。   The ultrasound device can be adapted to emit ultrasound on an object of interest in one of a group comprising a continuous emitting method, a modulated emitting method, and a pulsed emitting method. . By emitting ultrasound continuously, an intensity detection signal can be achieved, which results in a short measurement time and appropriate statistics. By emitting ultrasound in pulses, the modulation of the emitted fluorescent radiation is also pulsed. As a result, a clear assignment of the excitation ultrasound signal and the emitted detection signal is achieved.

電磁放射検出器は、非空間的に分解する検出器であってもよい。検出信号の変調周波数によって、信号の空間起点(すなわち、検出信号が発生した、関心物体の部分)間で区別することが可能であるので、空間情報に対して高感度の電磁放射検出器を有する必要はない。よって、検出器が周波数及び/又は強度の情報を分解することで十分である。   The electromagnetic radiation detector may be a non-spatial decomposing detector. With the modulation frequency of the detection signal, it is possible to distinguish between the spatial origin of the signal (ie the part of the object of interest where the detection signal was generated), so it has a highly sensitive electromagnetic radiation detector for spatial information There is no need. Thus, it is sufficient for the detector to resolve the frequency and / or intensity information.

前述の実施例の代わりに、電磁放射検出器は、空間分解検出器であってもよい。別個の超音波源のうちの少なくとも2つは、同一周波数の超音波が当たる別々の部分から生じている電磁蛍光放射が電磁放射検出器によって空間的に区別されるような距離で互いに隔てられた関心物体の部分上に同一周波数の超音波を放出するよう適合させることができる。この実施例によれば、関心物体の別々の部分を同一周波数の超音波によって同時に当てることが可能である。この実施例によれば、電磁放射検出器も空間分解能を有するからである。よって、関心物体は、複数の部分をそれぞれが有するセグメントに分けることができる。セグメントの異なる部分は異なる周波数の超音波によって放出される。検出器の空間分解能は、その場合、セグメントの寸法にほぼ等しくなり得る。その結果、検出器は、別々のセグメントからの放射間で空間的に区別することが可能である。よって、同一周波数の超音波が当たった関心物体部分から生じる検出信号の不要な干渉を確実に避けることが可能である。   As an alternative to the previous embodiment, the electromagnetic radiation detector may be a spatially resolved detector. At least two of the separate ultrasound sources are separated from each other by a distance such that the electromagnetic fluorescence radiation originating from the different parts that are subjected to the same frequency of ultrasound is spatially distinguished by the electromagnetic radiation detector It can be adapted to emit ultrasonic waves of the same frequency on the part of the object of interest. According to this embodiment, it is possible to apply different parts of the object of interest simultaneously with ultrasound of the same frequency. This is because, according to this embodiment, the electromagnetic radiation detector also has a spatial resolution. Therefore, the object of interest can be divided into segments each having a plurality of portions. Different parts of the segment are emitted by different frequencies of ultrasound. The spatial resolution of the detector can then be approximately equal to the segment dimensions. As a result, the detector can spatially differentiate between radiation from separate segments. Therefore, it is possible to reliably avoid unnecessary interference of the detection signal generated from the portion of the object of interest that has been irradiated with ultrasonic waves having the same frequency.

電磁放射検出器は、周波数分解検出器(すなわち、異なる周波数を有する信号間で区別することができる検出器)であり得る。更に、検出器は、信号を時間分解することができる。   The electromagnetic radiation detector can be a frequency-resolved detector (ie, a detector that can distinguish between signals having different frequencies). Furthermore, the detector can time resolve the signal.

上記装置は、検出された電磁蛍光放射に基づいて関心物体の画像を再構成するよう適合させた再構成装置を更に備えることができる。空間情報が周波数情報に符号化されているので、幾何情報又は構造情報を検出信号から再構成することが可能である。   The apparatus can further comprise a reconstruction device adapted to reconstruct an image of the object of interest based on the detected electromagnetic fluorescence radiation. Since the spatial information is encoded into the frequency information, it is possible to reconstruct the geometric information or the structure information from the detection signal.

再構成装置は、検出電磁蛍光放射の周波数解析(特に、フーリエ解析(フーリエ変換など))に基づいて関心物体の画像を再構成するのに特に適合させることができる。前述のフーリエ解析は、周波数スペクトルを逆フーリエ空間に変換することができる。   The reconstruction device can be particularly adapted to reconstruct an image of the object of interest based on a frequency analysis of detected electromagnetic fluorescence radiation, in particular a Fourier analysis (such as a Fourier transform). The Fourier analysis described above can convert the frequency spectrum into an inverse Fourier space.

上記装置は、関心物体上に電磁放射を放出するよう適合させた電磁放射源を有することができる。光放射を使用する代わりに、他の波長を有する電磁放射(赤外放射又は紫外放射など)を使用することも可能である。使用される放射は、関心物体部分の材料に蛍光放射を強制的に放出させるのに必要なエネルギに依存する。   The apparatus can have an electromagnetic radiation source adapted to emit electromagnetic radiation on the object of interest. Instead of using light radiation, it is also possible to use electromagnetic radiation having other wavelengths (such as infrared radiation or ultraviolet radiation). The radiation used depends on the energy required to force the material of the object of interest to emit fluorescent radiation.

電磁放射源は、連続して放出する方法、変調して放出する方法、及びパルスで放出する方法を有する群のうちの1つの方法で関心物体上に電磁放射を放出するよう適合させることができる。電磁放射源の放出方法は、超音波源の放出方法と同期させなければならない。しかし、電磁放射源を用意することは任意である。あるいは、又は更に、環境からの電磁放射(例えば、日光)を使用することが可能である。   The source of electromagnetic radiation can be adapted to emit electromagnetic radiation on the object of interest in one of a group having a method of emitting continuously, modulated emitting, and emitting in pulses. . The emission method of the electromagnetic radiation source must be synchronized with the emission method of the ultrasonic source. However, providing an electromagnetic radiation source is optional. Alternatively, or additionally, electromagnetic radiation from the environment (eg, sunlight) can be used.

以下、関心物体を撮像する配列の例示的な実施例について説明する。しかし、前述の実施例は、関心物体を撮像する装置及び方法、本発明によって利用する方法、コンピュータ読み取り可能な媒体、並びにプログラム要素にも適用可能である。   In the following, an exemplary embodiment of an array for imaging an object of interest will be described. However, the embodiments described above are also applicable to apparatus and methods for imaging an object of interest, methods utilized by the present invention, computer readable media, and program elements.

配列の関心物体は、電磁放射を吸収するよう適合させたドナー及び/又は電磁蛍光放射を放出するアクセプタを有する粒子を付着させることができる。粒子による電磁蛍光放射の放出は、蛍光共鳴エネルギ移動プロセス(たとえば、FRETプロセス)に基づき得る。   The objects of interest in the array can have attached particles having a donor adapted to absorb electromagnetic radiation and / or an acceptor that emits electromagnetic fluorescent radiation. The emission of electromagnetic fluorescence radiation by the particles can be based on a fluorescence resonance energy transfer process (eg, a FRET process).

本発明によれば、光学活性ドナー及びアクセプタを有する超音波活性マイクロバブルを、関心物体に付着させることができる。ドナーは、電磁放射を吸収することができ、励起電磁放射とは別の周波数を有する蛍光放射が放出されるように、吸収されたエネルギをアクセプタに移動することができる。エネルギ移動プロセスの効率、及び、よって、電磁蛍光放射の放出の効率は、アクセプタとドナーとの間の距離に依存する。本発明によれば、超音波放射が、アクセプタとドナーとの間の距離を調整する機械的な圧力波として用いられる。よって、放出蛍光放射は、超音波源の周波数の寄与を有する。   According to the present invention, ultrasonically active microbubbles having optically active donors and acceptors can be attached to an object of interest. The donor can absorb the electromagnetic radiation and transfer the absorbed energy to the acceptor so that fluorescent radiation having a frequency different from the excitation electromagnetic radiation is emitted. The efficiency of the energy transfer process, and thus the efficiency of the emission of electromagnetic fluorescent radiation, depends on the distance between the acceptor and the donor. According to the invention, ultrasonic radiation is used as a mechanical pressure wave that adjusts the distance between the acceptor and the donor. Thus, the emitted fluorescent radiation has a frequency contribution of the ultrasonic source.

本発明の一実施例によれば、トランスデューサの2次元マトリクスを提供することができる。各トランスデューサの振幅及び位相は個々に調節可能である。   According to one embodiment of the present invention, a two-dimensional matrix of transducers can be provided. The amplitude and phase of each transducer can be adjusted individually.

別々の焦点の不要な重なりを避けるために、別々の焦点を、互いに直接隣接して配置せず、2次元格子又は3次元格子のノード上に配置することが可能である。隣接ノード間の距離は、焦点の寸法より大きくてもよい。   In order to avoid unnecessary overlapping of the separate focal points, it is possible not to place the separate focal points directly adjacent to each other, but to place them on nodes of a two-dimensional grid or a three-dimensional grid. The distance between adjacent nodes may be greater than the focal spot size.

本発明の前述及び更なる局面は、後述する例示的な実施例から明らかであり、そうした例示的な実施例を参照して説明する。   The foregoing and further aspects of the invention will be apparent from and will be elucidated with reference to the embodiments described hereinafter.

本発明は、例示的な実施例を参照して以下に更に詳細に説明するが、本発明はそうした例示的な実施例に限定されない。   The invention will be described in more detail below with reference to exemplary embodiments, but the invention is not limited to such exemplary embodiments.

図面では、概略的に例証している。別々の図面では、同様又は同一の構成要素には同じ参照符号を付している。   In the drawing, it is schematically illustrated. In different drawings, similar or identical components are provided with the same reference signs.

以下では、図1Aを参照すれば、本発明の一実施例による圧縮された小胞粒子上の蛍光の原理を説明する。   In the following, referring to FIG. 1A, the principle of fluorescence on compressed vesicle particles according to one embodiment of the present invention will be described.

図1Aは、第1の状態100及び第2の状態120における粒子101を示す。第1の状態100では、緩和状態における粒子101(例えば、小胞)が示されている。ドナー分子102は励起光104からエネルギを吸収するが、小胞101は緩和状態にあるので、ドナー102とアクセプタ103(ドナー102からエネルギが供給されると光学的蛍光放射を放出することができる)との間の距離は、効率的なエネルギ移動には大きすぎる。   FIG. 1A shows a particle 101 in a first state 100 and a second state 120. In the first state 100, particles 101 (eg, vesicles) in a relaxed state are shown. Donor molecule 102 absorbs energy from excitation light 104, but vesicle 101 is in a relaxed state, so donor 102 and acceptor 103 (can emit optical fluorescence radiation when energy is supplied from donor 102). Is too large for efficient energy transfer.

これとは対照的に、第2の状態120では、粒子101の圧縮又は変形された状態が示されている。本明細書では、励起光104からのエネルギはドナー102からアクセプタ103(曲がった矢105を参照)に移動し、アクセプタ103は蛍光106を放出する。   In contrast, in the second state 120, the compressed or deformed state of the particles 101 is shown. In this specification, energy from the excitation light 104 is transferred from the donor 102 to the acceptor 103 (see the bent arrow 105), and the acceptor 103 emits fluorescence 106.

粒子101の圧縮は、本発明によれば、粒子101上に超音波を放出し、緩和状態100と圧縮状態120との間の移行が生じるように粒子101を機械振動させることによって達成することができる。   According to the present invention, compression of the particles 101 can be achieved by emitting ultrasonic waves on the particles 101 and mechanically vibrating the particles 101 so that a transition between the relaxed state 100 and the compressed state 120 occurs. it can.

図1Bは、粒子110の別の実施例を示している。すなわち、緩和状態、及び2つの別々の励起状態における矩形粒子110を示している。   FIG. 1B shows another example of particle 110. That is, the rectangular particle 110 is shown in a relaxed state and two separate excited states.

以下、図2を参照すれば、本発明の例示的な実施例による撮像配列200について説明する。   Hereinafter, referring to FIG. 2, an imaging arrangement 200 according to an exemplary embodiment of the present invention will be described.

蛍光ドナー及び光アクセプタ(図示せず)を含む粒子211が、関心物体212(体の器官、人間又は動物の患者の体、又は撮像対象の何れかの他の物体など)に投入されている。装置200は、体212の超音波画像、及び蛍光画像を(粒子211の濃度で定められるコントラストで)提供する。超音波画像の場合、線形超音波トランスデューサ・アレイ201が、通常のBモード撮像に用いられるものと同様な数波長の超音波パルスを送信する。   Particles 211 containing a fluorescent donor and a light acceptor (not shown) are injected into an object of interest 212 (such as a body organ, a human or animal patient body, or any other object to be imaged). The device 200 provides an ultrasound image of the body 212 and a fluorescent image (with a contrast determined by the concentration of the particles 211). In the case of an ultrasound image, the linear ultrasound transducer array 201 transmits several wavelengths of ultrasound pulses similar to those used for normal B-mode imaging.

超音波トランスデューサ201は、関心物体212内の別々の位置に向けて、異なる周波数f1及びf2の超音波を放出するよう適合させている。図2に示す2つの粒子211は、関心物体212内の別々の場所に配置されているので、2つの粒子211上に当たる超音波は異なる周波数fl及びf2を有する。パルスが関心物体212に向けて進むにつれ、内部表面上の反射が、トランスデューサ201によって受信されるエコー信号を発生させる。超音波受信装置202が、このエコーを1次元超音波画像に移す。超音波画像再構成装置203は、1次元超音波画像を収集し、2次元画像をそれから算出する。これは、ディスプレイ装置204によって表示することができる。   The ultrasonic transducer 201 is adapted to emit ultrasonic waves of different frequencies f1 and f2 toward different locations within the object of interest 212. Since the two particles 211 shown in FIG. 2 are arranged at different locations in the object of interest 212, the ultrasonic waves hitting the two particles 211 have different frequencies fl and f2. As the pulse travels toward the object of interest 212, the reflection on the internal surface generates an echo signal that is received by the transducer 201. The ultrasonic receiver 202 moves this echo to a one-dimensional ultrasonic image. The ultrasonic image reconstruction device 203 collects a one-dimensional ultrasonic image and calculates a two-dimensional image therefrom. This can be displayed by the display device 204.

蛍光画像は、以下に説明するように、これと並列に形成される。超音波パルスが関心物体212を横断するにつれ、その経路に沿って粒子211の振動がもたらされる。異なる周波数f1及びf2を有する超音波が当たる粒子211はそれに応じて、異なる周波数で振動する。   The fluorescence image is formed in parallel with this as will be described below. As the ultrasonic pulse traverses the object of interest 212, vibration of the particles 211 is effected along that path. Particles 211 that are struck by ultrasound with different frequencies f1 and f2 vibrate accordingly at different frequencies.

1つ又は複数の光励起源207は、関心物体212の粒子211のドナーの吸収スペクトルを有するスペクトル重なりを有する励起光231を提供する。   One or more optical excitation sources 207 provide excitation light 231 having a spectral overlap with the absorption spectrum of the donor of particle 211 of object of interest 212.

光源207は、連続性を有するか、又はパルス状態であり得る(例えば、連続波、規定された(可変)波長を有する、変調された状態、又はパルス状態であり得る)。振動を受ける粒子211上のアクセプタは、パルスの経路に沿って粒子211の局所濃度に比例し、当該周波数f1又はf2によって変調される蛍光信号214を生成する。蛍光214は、できる限り多くの蛍光214を収集するために関心物体212に直接取り付けたフォトダイオード又はフォトダイオード・アレイ208によって検出される。ダイオード・アレイ208は、同じ目的で、体表を可能な限り多くカバーすることができる。フォトダイオード208の光入力には、光励起源207によって規定される波長を有する光を遮断し、好ましくは、信号の妨害を避けるために背景放射が抑制されるように蛍光のみを通す光フィルタを備えることができる。   The light source 207 may be continuous or in a pulsed state (eg, continuous wave, having a defined (variable) wavelength, modulated state, or pulsed state). The acceptor on the particle 211 subject to vibration generates a fluorescence signal 214 that is proportional to the local concentration of the particle 211 along the path of the pulse and is modulated by the frequency f1 or f2. The fluorescence 214 is detected by a photodiode or photodiode array 208 attached directly to the object of interest 212 to collect as much fluorescence 214 as possible. The diode array 208 can cover as much of the body surface as possible for the same purpose. The light input of the photodiode 208 includes an optical filter that blocks only light having a wavelength defined by the optical excitation source 207 and preferably only passes fluorescence so that background radiation is suppressed to avoid signal interference. be able to.

フォトダイオード208によって検出される信号は合計し、合計された信号S(t)はアナログ/ディジタル変換器209によってディジタル化することができる。意味がある信号を、超音波パルスが体内をその発信後、最初に横断する間にのみ記録することが可能であるので、A/D変換器209の動作は、超音波生成装置202によって、ゲート信号205によってゲーティングすることができる。好ましくは、ゲート信号205は超音波パルスの伝送時にサンプリングし始め、ゲート信号205は、パルスが体212全体を横断するまでの時間、及び、有用な信号をもう記録することが可能でないほどパルスが減衰してしまうまでの時間のうちのより短いほうの時間後にサンプリングを停止する。前述の時間は、体212の寸法、及び超音波ビームの減衰の深さから算出することが可能である。光再構成装置210は、信号S(t)を1次元蛍光画像に移す。   The signals detected by the photodiode 208 are summed and the summed signal S (t) can be digitized by an analog / digital converter 209. Since a meaningful signal can only be recorded during the first traversal of the ultrasound pulse after its transmission through the body, the operation of the A / D converter 209 is gated by the ultrasound generator 202. It can be gated by the signal 205. Preferably, the gate signal 205 begins to sample upon transmission of the ultrasonic pulse, and the gate signal 205 is timed until the pulse traverses the entire body 212 and is so pulsed that no useful signal can be recorded anymore. Sampling is stopped after the shorter of the time until decay. The aforementioned time can be calculated from the dimensions of the body 212 and the attenuation depth of the ultrasonic beam. The optical reconstruction device 210 moves the signal S (t) to the one-dimensional fluorescence image.

ビーム路中の分解能を改善するために、信号は、データ接続206上の超音波生成装置202によって供給される超音波パルスのパルス形状によって逆畳み込みすることが可能である。光画像再構成装置210は、1次元光画像を収集し、2次元画像をそれから算出する。これは、ディスプレイ装置204によって表示することができる。   In order to improve the resolution in the beam path, the signal can be deconvolved with the pulse shape of the ultrasound pulse supplied by the ultrasound generator 202 on the data connection 206. The optical image reconstruction device 210 collects a one-dimensional optical image and calculates a two-dimensional image therefrom. This can be displayed by the display device 204.

光画像再構成装置210は、別々の粒子211から生じており、異なる超音波周波数f1又はf2によって変調される信号間で区別するために周波数解析(特に、フーリエ変換)を行う。よって、空間分解能は、励起超音波の周波数f1、f2の知識によって再構成することが可能である。   The optical image reconstruction device 210 performs frequency analysis (particularly, Fourier transform) to distinguish between signals originating from separate particles 211 and modulated by different ultrasonic frequencies f1 or f2. Therefore, the spatial resolution can be reconstructed by knowledge of the frequencies f1 and f2 of the excitation ultrasonic waves.

ディスプレイ装置204は、超音波画像及び光画像を別個に、又は組み合わせ(例えば、光画像の超音波画像へのカラー・オーバレイ)で表示することができる。   The display device 204 can display the ultrasound image and the light image separately or in combination (eg, a color overlay of the light image to the ultrasound image).

よって、撮像配列200は、関心物体212を撮像するよう適合させ、2つの異なる周波数f1、f2の超音波を関心物体212上に放出するよう適合させた超音波装置201を有する。光検出器208は、光源207からの光の吸収に応答し、かつ、それぞれの超音波に応答して関心物体212によって放出される蛍光を検出するよう適合させる。超音波装置201は、マルチ周波数超音波装置として適合させ、関心物体212の別々の2つの部分211によって放出される電磁蛍光放射214が2つの異なる周波数寄与を有するように、関心物体212の別々の2つの部分211に向けて異なるf1、f2の超音波を放出することができる。超音波装置201は、2つの粒子211について超音波の放出の振幅及び位相が別個に制御可能であるように関心物体212上に超音波を放出する。超音波装置201は、別々の粒子211上に当たるように別々の空間方向に2つの異なる周波数f1、f2の超音波を放出する。電磁放射検出器208は、非空間的に分解する検出器である。すなわち、別々の粒子211から生じる信号寄与は周波数によって分離される。   Thus, the imaging array 200 has an ultrasound device 201 adapted to image the object of interest 212 and adapted to emit ultrasound of two different frequencies f1, f2 onto the object of interest 212. The light detector 208 is responsive to absorption of light from the light source 207 and is adapted to detect fluorescence emitted by the object of interest 212 in response to respective ultrasound waves. The ultrasound device 201 is adapted as a multi-frequency ultrasound device, and separates the object 212 of interest such that the electromagnetic fluorescent radiation 214 emitted by the two separate portions 211 of the object of interest 212 has two different frequency contributions. Different ultrasonic waves of f1 and f2 can be emitted toward the two portions 211. The ultrasonic device 201 emits ultrasonic waves on the object of interest 212 so that the amplitude and phase of ultrasonic emission for the two particles 211 can be controlled separately. The ultrasonic device 201 emits ultrasonic waves of two different frequencies f1 and f2 in different spatial directions so as to strike on different particles 211. The electromagnetic radiation detector 208 is a non-spatial decomposing detector. That is, signal contributions originating from separate particles 211 are separated by frequency.

光学的再構成装置210は、検出電磁蛍光放射に基づいて関心物体211の画像を再構成する。この目的で、検出電磁蛍光放射のフーリエ解析は光再構成装置210によって行われる。FRETドナー及びアクセプタを有する粒子211は、図1A又は図IBに示すように実現することが可能である。   The optical reconstruction device 210 reconstructs an image of the object of interest 211 based on the detected electromagnetic fluorescence radiation. For this purpose, Fourier analysis of the detected electromagnetic fluorescence radiation is performed by the optical reconstruction device 210. Particles 211 having FRET donors and acceptors can be realized as shown in FIG. 1A or FIG. IB.

図3は、本発明による方法の例示的な実施例を実行する、本発明によるデータ処理装置300の例示的な実施例を表す。図3に表されるデータ処理装置(データ・プロセッサ)300は、メモリ302に接続され、関心物体(患者など)を表す画像を記憶する中央処理装置(CPU)又は画像プロセッサ301を有する。データ処理装置301は、複数の入出力ネットワーク又は診断サービス(関心物体を撮像する装置など)に接続することができる。データ処理装置301は更に、データ処理装置301において計算された又は適合させた画像関連の情報を表示するために、ディスプレイ装置303(例えば、コンピュータ・モニタ)に接続することができる。オペレータ又はユーザは、キーボード304、及び/又は他の出力装置(図3に図示せず)を介してデータ・プロセッサ301と相互作用することができる。更に、バスシステム305を介して、例えば、関心物体の動きを監視する動きモニタに画像処理制御プロセッサ301を接続することも可能である。例えば、患者の肺が撮像される場合、動きセンサは呼気センサであり得る。心臓が撮像される場合、動きセンサは心電図(ECG)であり得る。   FIG. 3 represents an exemplary embodiment of a data processing apparatus 300 according to the present invention for performing an exemplary embodiment of the method according to the present invention. A data processing device (data processor) 300 shown in FIG. 3 has a central processing unit (CPU) or image processor 301 that is connected to a memory 302 and stores an image representing an object of interest (such as a patient). The data processing device 301 can be connected to multiple input / output networks or diagnostic services (such as a device that images an object of interest). The data processing device 301 can further be connected to a display device 303 (eg, a computer monitor) for displaying image related information calculated or adapted in the data processing device 301. An operator or user can interact with data processor 301 via keyboard 304 and / or other output devices (not shown in FIG. 3). Further, the image processing control processor 301 can be connected to the motion monitor for monitoring the motion of the object of interest via the bus system 305, for example. For example, if the patient's lungs are imaged, the motion sensor may be an expiration sensor. If the heart is imaged, the motion sensor can be an electrocardiogram (ECG).

本発明を効果的に適用することができる例示的な技術分野には、医療アプリケーション、医療検査、及び物質科学が含まれる。改良された画像品質及び削減された算出量を少ない労力で達成することができる。又、本発明は、心臓病を検出するための心臓スキャンの分野で適用することが可能である。   Exemplary technical fields in which the present invention can be effectively applied include medical applications, medical tests, and materials science. Improved image quality and reduced computational complexity can be achieved with less effort. The present invention can also be applied in the field of cardiac scanning for detecting heart disease.

以下に、図4を参照すれば、本発明の別の例示的な実施例による撮像配列400について説明する。   In the following, referring to FIG. 4, an imaging arrangement 400 according to another exemplary embodiment of the invention will be described.

関心物体を撮像する撮像配列400は、延長方向403に沿った位置x1にある第1の部分401と、延長方向403に沿った位置x2にある第2の部分402とを備えている。装置400は、対象の物体の部分401、402上に2つの異なる周波数f1及びf2の超音波405を放出することができるマルチ周波数超音波装置404を備えている。更に詳細には、周波数f1を有する超音波405は第1の部分401に向けられ、第2の周波数f2を有する超音波405は第2の部分402上に向けられる。更に、装置400は、電磁放射源408によって放出される一次電磁放射の吸収に応答し、超音波405に応答して関心物体の第1の部分401及び第2の部分402によって放出される電磁蛍光放射407を検出することができる電磁放射検出器406を有する。第1の部分401上に、かつ、第2の部分402上に電磁放射409を放出する電磁放射源408が備えられる。   The imaging array 400 that captures an object of interest includes a first portion 401 at a position x1 along the extension direction 403 and a second portion 402 at a position x2 along the extension direction 403. The device 400 comprises a multi-frequency ultrasound device 404 capable of emitting ultrasound 405 of two different frequencies f1 and f2 on the part 401, 402 of the object of interest. More specifically, the ultrasonic wave 405 having the frequency f 1 is directed to the first portion 401, and the ultrasonic wave 405 having the second frequency f 2 is directed to the second portion 402. Furthermore, the apparatus 400 is responsive to absorption of primary electromagnetic radiation emitted by the electromagnetic radiation source 408 and is responsive to ultrasound 405 to emit electromagnetic fluorescence emitted by the first portion 401 and the second portion 402 of the object of interest. It has an electromagnetic radiation detector 406 that can detect the radiation 407. An electromagnetic radiation source 408 is provided that emits electromagnetic radiation 409 on the first portion 401 and on the second portion 402.

図4に図示していないが、関心物体の第1の部分401及び第2の部分402には、図1Aに示すようにアクセプタ及びドナーが備えられる。よって、超音波405は、前述のアクセプタ及びドナーを有する粒子の変形/振動を引き起こし、それによって、再放出蛍光放射の変調がもたらされる。   Although not shown in FIG. 4, the first part 401 and the second part 402 of the object of interest are provided with acceptors and donors as shown in FIG. 1A. Thus, the ultrasound 405 causes deformation / vibration of the aforementioned acceptor and donor-containing particles, thereby resulting in modulation of re-emitted fluorescent emission.

電磁放射源408からの電磁放射は、第1の部分401及び第2の部分402に付着する粒子の特定の圧縮状態において電磁放射409を吸収することが可能であるような波長で生成される。第1の部分401又は第2の部分402における超音波405によってもたらされる圧縮状態が、ドナーとアクセプタとの間の距離が十分に少ない(すなわち、特定の機械振動位相状態において)場合、ドナーからアクセプタへのエネルギ移動が可能である。これによって、アクセプタが蛍光放射407を再放出させる。この蛍光放射407は、部分401及び402のうちの特定の1つに当たる超音波405の当該周波数f1又はf2の指紋を搬送する。よって、電磁放射検出器406によって検出される検出信号は、超音波周波数f1、f2に対応する特徴的な周波数寄与を有する。その結果、検出スペクトルのフーリエ解析によって、関心物体の部分401、402の空間分布の再構成が可能になる。   The electromagnetic radiation from the electromagnetic radiation source 408 is generated at a wavelength such that the electromagnetic radiation 409 can be absorbed in a particular compressed state of the particles adhering to the first portion 401 and the second portion 402. If the compressed state provided by the ultrasound 405 in the first portion 401 or the second portion 402 is sufficiently small in distance between the donor and the acceptor (ie, in a particular mechanical vibration phase state), the donor to acceptor Energy transfer to is possible. This causes the acceptor to re-emit the fluorescent radiation 407. This fluorescent radiation 407 carries the fingerprint of that frequency f1 or f2 of the ultrasonic wave 405 hitting a particular one of the parts 401 and 402. Therefore, the detection signal detected by the electromagnetic radiation detector 406 has a characteristic frequency contribution corresponding to the ultrasonic frequencies f1 and f2. As a result, the spatial distribution of the portions 401 and 402 of the object of interest can be reconstructed by Fourier analysis of the detected spectrum.

図4に示すように、超音波装置404は、2つの異なる周波数f1、f2の超音波を、2つの別々の部分401上に、並行して(すなわち、同時に)放出するよう適合させる。部分401、402の粒子が振動する機械的周波数は、励起超音波に応じて変動するので、蛍光放射は、別々の周波数寄与を有する。   As shown in FIG. 4, the ultrasonic device 404 is adapted to emit ultrasonic waves of two different frequencies f1, f2 on two separate portions 401 in parallel (ie, simultaneously). Since the mechanical frequency at which the particles of the parts 401, 402 oscillate varies in response to the excitation ultrasound, the fluorescent radiation has a separate frequency contribution.

超音波装置404は、位置xl及びx2の部分401、402のうちの特定の部分に当たるように別々の空間方向に2つの異なる周波数f1、f2の超音波を放出するよう適合させた単一の超音波源として実現される。   The ultrasound device 404 is a single ultrasound adapted to emit ultrasound of two different frequencies f1, f2 in different spatial directions so that it hits a particular part of the parts 401, 402 at positions xl and x2. Realized as a sound wave source.

電磁放射検出器406の出力に結合された再構成装置410は、検出電磁蛍光放射のフーリエ変換に基づいて関心物体(すなわち、部分401、402の位置)の画像を再構成する。前述のデータは、再構成画像を表示するディスプレイ装置411に提供される。   A reconstruction device 410 coupled to the output of the electromagnetic radiation detector 406 reconstructs an image of the object of interest (ie, the location of the portions 401, 402) based on the Fourier transform of the detected electromagnetic fluorescence radiation. The aforementioned data is provided to the display device 411 that displays the reconstructed image.

よって、図4は、点単位で撮像するのではなく、光撮像を並列化するために周波数符号化を用いる原理を示している。超音波トランスデューサ404は、軸403に沿って隣接した2つの焦点を形成するよう企図された離れた周波数f1及びf2で2つの超音波場を同時に放出する。前述の焦点それぞれは次いで、当該超音波周波数f1又はf2によって変調される光学的蛍光信号407を放出する。電磁放射検出器406による光検出後、再構成装置410において実行されるフーリエ変換は、図5に示すように、ソース場所xl及びx2に帰することが可能な周波数成分を分解する。   Thus, FIG. 4 shows the principle of using frequency coding to parallelize optical imaging rather than imaging point by point. The ultrasonic transducer 404 emits two ultrasonic fields simultaneously at separate frequencies f1 and f2 intended to form two adjacent focal points along the axis 403. Each of the aforementioned focal points then emits an optical fluorescence signal 407 that is modulated by the ultrasonic frequency f1 or f2. After light detection by the electromagnetic radiation detector 406, the Fourier transform performed in the reconstruction device 410 decomposes the frequency components that can be attributed to the source locations xl and x2, as shown in FIG.

図5は、変調周波数fが示される横座標501を有する図500である。縦座標502に沿って、光信号の強度(軸403に沿った特定の位置xにある粒子に備えられる材料の量に比例する)を示す。よって、図5に示す検出信号の形状は、x軸403に沿った材料分布のマッピングである。縦座標502に沿った強度は、図4に示すz方向412のマッピングである。   FIG. 5 is a diagram 500 having an abscissa 501 where the modulation frequency f is shown. Along the ordinate 502 is shown the intensity of the optical signal (proportional to the amount of material provided to particles at a particular position x along axis 403). Therefore, the shape of the detection signal shown in FIG. 5 is a mapping of the material distribution along the x-axis 403. The intensity along the ordinate 502 is a mapping in the z direction 412 shown in FIG.

以下、図6を参照すれば、本発明の別の例示的な実施例による撮像配列600について説明する。   In the following, referring to FIG. 6, an imaging arrangement 600 according to another exemplary embodiment of the invention will be described.

撮像される対象の関心物体212は、マウンティング・テーブル601上に配置される。関心物体212は、第1乃至第7の部分(602乃至608)に(事実上)分けられる。関心物体212の別々の部分602乃至608に当たる超音波405を生成する超音波トランスデューサ609が提供される。各部分602乃至608は、超音波の特定周波数f1乃至f7(それぞれは、第1乃至第7のトランスデューサ源611乃至617のうちの特定の1つによって生成される)で照射される。   The object of interest 212 to be imaged is placed on the mounting table 601. The object of interest 212 is (virtually) divided into first to seventh parts (602 to 608). An ultrasonic transducer 609 is provided that generates ultrasonic waves 405 that strike separate portions 602-608 of the object of interest 212. Each portion 602 to 608 is illuminated with a specific frequency f1 to f7 of ultrasonic waves (each generated by a specific one of the first to seventh transducer sources 611 to 617).

電磁放射源409は、部分602乃至608全てに当たる事実上モノクロの励起放射409を発生させる。関心物体212の部分602乃至608全てには、互いに特定の距離にあるドナー及びアクセプタが備えられる。この距離は、第1乃至第7のトランスデューサ源611乃至617によって発生する機械振動によって変調される。その結果、機械振動する粒子の特定の圧縮状態において、ドナーとアクセプタとの間の距離は、ドナーによって吸収された吸収電磁放射409からのアクセプタへのエネルギ移動によって蛍光404が生成されることを可能にするには十分小さい。機械振動する粒子の別の特定の圧縮状態において、ドナーとアクセプタとの間の距離は、ドナーによって吸収された吸収電磁放射409からのアクセプタへのエネルギ移動を可能にするには大きすぎ、よって、この状態で蛍光407は生成されない。   The electromagnetic radiation source 409 generates a substantially monochrome excitation radiation 409 that hits all portions 602-608. All parts 602 to 608 of the object of interest 212 are provided with donors and acceptors at a certain distance from each other. This distance is modulated by mechanical vibrations generated by the first through seventh transducer sources 611-617. As a result, in certain compressed states of mechanically oscillating particles, the distance between the donor and acceptor allows fluorescence 404 to be generated by energy transfer from the absorbing electromagnetic radiation 409 absorbed by the donor to the acceptor. Small enough to make. In another particular compression state of the mechanically oscillating particle, the distance between the donor and the acceptor is too large to allow energy transfer from the absorbing electromagnetic radiation 409 absorbed by the donor to the acceptor, and thus In this state, the fluorescence 407 is not generated.

生成された蛍光407は、非空間的に分解する電磁放射検出器610によって検出される。しかし、別々の部分601乃至608の蛍光信号は、異なる変調周波数fl乃至f7によって分離可能である。再構成装置410において、別々の周波数寄与を分離し、ディスプレイ装置411に表示される画像を再構成するためにフーリエ解析が行われる。   The generated fluorescence 407 is detected by an electromagnetic radiation detector 610 that decomposes in a non-spatial manner. However, the fluorescence signals of the different parts 601 to 608 can be separated by different modulation frequencies fl to f7. In the reconstruction device 410, Fourier analysis is performed to separate the separate frequency contributions and reconstruct the image displayed on the display device 411.

以下、図7を参照すれば、本発明の別の実施例による撮像配列700について説明する。   Hereinafter, referring to FIG. 7, an imaging arrangement 700 according to another embodiment of the present invention will be described.

線形に配置され、周波数f1又はf2を有する超音波を放出するよう適合させた6つの別々の超音波源を有する超音波トランスデューサ701(図7参照)が備えられるという点で、撮像配列700は撮像配列600と異なる。関心物体212は、6つの部分602乃至607に(事実上)分けられる。ここで、第1の部分602及び第2の部分603は第1のセグメント702を形成し、第3の部分604及び第4の部分605は第2のセグメント703を形成し、第5の部分606及び第6の部分607は第3のセグメント704を形成する。セグメントのうちの単一のセグメント内の別々の部分が、異なる周波数を有する超音波によって照射される。しかし、異なるセグメントの異なる部分を、同一の超音波周波数によって照射することができる。   The imaging array 700 is imaged in that an ultrasound transducer 701 (see FIG. 7) is provided that has six separate ultrasound sources that are linearly arranged and adapted to emit ultrasound having a frequency f1 or f2. Different from array 600. The object of interest 212 is (virtually) divided into six parts 602-607. Here, the first portion 602 and the second portion 603 form a first segment 702, the third portion 604 and the fourth portion 605 form a second segment 703, and a fifth portion 606. And the sixth portion 607 forms a third segment 704. Separate portions of a segment within a single segment are illuminated by ultrasound having different frequencies. However, different portions of different segments can be illuminated with the same ultrasonic frequency.

図7に示す実施例によれば、検出器708は、3つのセグメント702乃至704から生じる蛍光放射704間で区別することができる空間分解電磁放射検出器708として実現される。より詳細には、第1のセグメント702から生じる蛍光放射704は第1の検出器部分705によって幾何学的に検出され、第2のセグメント703からの放射は第2の検出器部分706によって幾何学的に検出され、第3の部分704から生じる放射は第3の検出器部分707によって検出される。検出器708の出力は再構成装置410に供給される。ここで、再生する対象の結果がディスプレイ装置411に表示される。   According to the embodiment shown in FIG. 7, the detector 708 is implemented as a spatially resolved electromagnetic radiation detector 708 that can distinguish between the fluorescent radiation 704 resulting from the three segments 702-704. More particularly, the fluorescence radiation 704 resulting from the first segment 702 is geometrically detected by the first detector portion 705 and the radiation from the second segment 703 is geometrically detected by the second detector portion 706. Detected and the radiation originating from the third portion 704 is detected by the third detector portion 707. The output of the detector 708 is supplied to the reconstruction device 410. Here, the result to be reproduced is displayed on the display device 411.

特定のセグメント702乃至704内では、関心物体212の別々の部分602乃至607が、異なる周波数を有する超音波によって照射される。しかし、検出器708の空間分解能によれば、2つの超音波周波数f1、f2のみを用いることが可能である。   Within a particular segment 702-704, separate portions 602-607 of the object of interest 212 are illuminated by ultrasound having different frequencies. However, according to the spatial resolution of the detector 708, it is possible to use only two ultrasonic frequencies f1, f2.

以下、ドナー及びアクセプタを有する粒子の例示的な実施例について説明する。   In the following, exemplary embodiments of particles having a donor and an acceptor are described.

ドナー又はアクセプタは、本発明において表すドナー及びアクセプタのタイプ及び実施例のいかなる分子、分子群、並びに、錯体であってもよい。   The donor or acceptor may be any molecule, group of molecules and complex of the donor and acceptor types and examples represented in the present invention.

粒子は、変形可能であるか、又は柔軟であり得る。粒子は、小胞などの球状粒子であり得る。「小胞」は、1つ又は複数の内部の空所を形成する1つ又は複数の壁又は膜を一般に有する実体を表す。小胞は、例えば、脂質、タンパク質、ポリマー、界面活性剤及び/又は炭水化物などの安定化材料によって配合することができる。安定化材料を構成する脂質、タンパク質、ポリマー、界面活性剤及び/又は他の小胞は、天然、合成又は半合成であり得る。壁又は膜は、同心円状であるか又は別の形状であり得る。安定化化合物は、1つ又は複数の単分子膜又は二重膜の形態であり得る。2つ以上の単分子膜又は二重膜の場合、単分子膜又は二重膜は、同心円状であり得る。安定化化合物は、単層小胞(1つの単分子膜若しくは二重膜を有する)、少層小胞(約2若しくは約3の単分子膜又は二重膜を有する)、又は多層小胞(約4つ以上の単分子膜又は二重膜を有する)を構成するのに用いられる。小胞の壁又は膜は、実質的に中身が詰まっていても(一様でも)よく、多孔又は半多孔でもよい。小胞の内部の空所は、例えば、水、油、フッ化油、気体、気体の前駆体、液体、及びフッ化液体(必要に応じて)、並びに/又はその他の材料を含む各種の液体、気体若しくは固体の材料(又はそれらの組合せ)で満たされ得る。小胞は、光活性剤、生理活性剤若しくは薬剤化合物及び/又は標的指向性リガンドも有することができる。   The particles can be deformable or flexible. The particles can be spherical particles such as vesicles. “Vesicle” refers to an entity generally having one or more walls or membranes that form one or more internal cavities. Vesicles can be formulated with stabilizing materials such as lipids, proteins, polymers, surfactants and / or carbohydrates. The lipids, proteins, polymers, surfactants and / or other vesicles that make up the stabilizing material can be natural, synthetic or semi-synthetic. The wall or membrane may be concentric or another shape. The stabilizing compound can be in the form of one or more monolayers or bilayers. In the case of two or more monolayers or bilayers, the monolayer or bilayer can be concentric. The stabilizing compound can be a monolayer vesicle (having one monolayer or bilayer), a small layer vesicle (having about 2 or about 3 monolayers or bilayers), or a multilayer vesicle ( About 4 or more monolayers or bilayers). The wall or membrane of the vesicle may be substantially filled (uniform), porous or semi-porous. Voids inside the vesicle can be, for example, water, oil, fluorinated oil, gas, gaseous precursors, liquids, fluorinated liquids (if necessary), and / or various liquids including other materials Can be filled with gaseous or solid materials (or combinations thereof). Vesicles can also have photoactive agents, bioactive agents or drug compounds and / or targeting ligands.

本発明の化合物及び方法に適した粒子である球状粒子は好ましくは、生物学的適合性を有し、かつ/又は、圧縮度若しくは消費性が高い。例として、マイクロバブルがある。これは、超音波圧力場にさらされると、その高い圧縮度に関係付けられたいくつかのメカニズムによるエンハンスメントをもたらす、気体入りの3乃至5μmの直径の小さな球体であり得る(De Jong, N他によるUltrasonics、1996、34(2乃至5)(pp. 587乃至590)、Moran, CM他によるUltrasound in Medicine & Biology, 2002, 28(6)、pp.785乃至791を参照)。入手可能な超音波造影剤には例えば、脂質シェル、及びオクタフルオロプロパン・ガスの内部を有する1.1乃至3.3ミクロンの直径の球体を有する、ブリストルマイヤースクイブ(Bristol-Myers-Squibb)社によって販売され、ImaRX社のUnger氏によって開発されたデフィニティ(商標)がある。アマシャム(Amersham)社によって販売され、元々マリンクロット(Mallinckrodt)社によって開発されたオプティソン(商標)は、アルブミン・シェルを有し、オクタフルオロプロパン・ガスを含む、2乃至4.5ミクロンの直径の球体を含む。やはりアマシャム社によって販売されているアルブネックス(商標)は、オプティソン(商標)と類似しているが、大気を含んでいる第1世代の薬剤である。ブラコ(Bracco)社によって販売されているソノビュー(商標)は、2.5ミクロンの平均サイズを有するリン脂質被覆硫黄六フッ化物マイクロバブルである。シェリング(Schering)社によって販売されているエコビスト(Echovist)(商標)及びレボビスト(商標)は、ここのところしばらくは使用されており、あまり制御されていないサイズ分布(5μm超)を有する糖安定化大気マイクロバブルを有する。   Spherical particles, which are suitable particles for the compounds and methods of the present invention, are preferably biocompatible and / or highly compressible or consumable. An example is microbubbles. This can be a gas-filled small 3-5 μm diameter sphere that, when exposed to an ultrasonic pressure field, provides enhancement by several mechanisms related to its high compressibility (De Jong, N et al. See Ultrasonics, 1996, 34 (2-5) (pp. 587-590), Moran, CM et al., Ultrasound in Medicine & Biology, 2002, 28 (6), pp. 785-791). Available ultrasound contrast agents are sold, for example, by the company Bristol-Myers-Squibb, which has a lipid shell and a sphere of 1.1 to 3.3 microns diameter with an interior of octafluoropropane gas, There is a Definity (TM) developed by Unger of ImaRX. Optison ™, sold by Amersham and originally developed by Mallinckrodt, has a 2 to 4.5 micron diameter sphere with an albumin shell and containing octafluoropropane gas including. Albnex ™, also sold by Amersham, is a first generation drug that is similar to Optison ™ but contains air. Sonobue (TM) sold by Bracco is a phospholipid-coated sulfur hexafluoride microbubble having an average size of 2.5 microns. Echovist (TM) and Levovist (TM), sold by Schering, have been in use for some time now and are sugar stabilizing with a less controlled size distribution (greater than 5 μm) Has atmospheric microbubbles.

超音波造影の物理メカニズムには、バブル内の気体の高い圧縮度、及びバブルの物理寸法が関係する(de Jong(上記参照)、Harvey, CJ他によるAdvanced in Ultrasound, Clinical Radiology, 2002, 57(3), pp. 157乃至177、Callida, F他によるUltrasound contrast agents: Basic principles, European Journal of Radiology, 1998, 27(2)、pp. 157乃至160参照)。診断撮像周波数では、マイクロバブルは、静止直径の多くの倍数である振動を受け得る。この効果は、特に気泡の共鳴近くで大きくなる。マイクロバブル内の気体及びシェル物質の弾力特性の慎重な選択によって、バブル及びこの造影効果の安定性は操作することが可能である。   The physical mechanism of ultrasound contrast involves the high compressibility of the gas in the bubble and the physical dimensions of the bubble (de Jong (see above), Advanced in Ultrasound, Clinical Radiology, 2002, 57 ( 3), pp. 157-177, Ultrasound contrast agents by Callida, F et al .: Basic principles, European Journal of Radiology, 1998, 27 (2), pp. 157-160). At diagnostic imaging frequencies, microbubbles can experience vibrations that are many multiples of the static diameter. This effect is particularly great near bubble resonance. By careful selection of the elastic properties of the gas and shell material within the microbubble, the stability of the bubble and this contrast effect can be manipulated.

又、リポソームは、超音波撮像に潜在的に有用な造影剤である。リポソームは、薬剤投与の潜在的なメカニズムとして25年以上用いられてきた。大半のリポソームは、主に脂肪を有しており、エコー源性を有しない。通常、リポソームは、音響的に反射する非気体の多層脂質を有する(Demos、 S他によるJournal of the American College of Cardiology、 1999, 33:pp.867乃至875)。前述のリポソームは、「ラズベリーに似た」外観に配置された小さく、不規則な形状の多くの小胞が存在していることによって特徴付けられる。リポソームは、通常、直径1ミクロンより小さい。リポソームを用いることによって、散乱プロセスによって、超音波撮像におけるエンハンスされた外観がもたらされる。しかし、リポソームは、低い安定性及び半減期を有し、リポソームと関係する大きな機械共鳴はない
本発明の別の実施例によれば、粒子はミセル状である。ミセルは、脂質によって配合されるコロイド状の実体を表す。例示的な実施例では、ミセルは、単膜、二重膜、又は六角形のH II位相構造を有する(米国特許第 6,033,645号明細書参照)。
Liposomes are also potentially useful contrast agents for ultrasound imaging. Liposomes have been used for over 25 years as a potential mechanism for drug administration. Most liposomes have mainly fat and are not echogenic. Liposomes usually have acoustically reflective non-gaseous multilayer lipids (Demos, S et al., Journal of the American College of Cardiology, 1999, 33: pp. 867-875). The aforementioned liposomes are characterized by the presence of many small, irregularly shaped vesicles arranged in a “raspberry-like” appearance. Liposomes are usually smaller than 1 micron in diameter. By using liposomes, the scattering process provides an enhanced appearance in ultrasound imaging. However, liposomes have low stability and half-life, and there is no major mechanical resonance associated with liposomes. According to another embodiment of the invention, the particles are micellar. A micelle represents a colloidal entity formulated by lipids. In exemplary embodiments, the micelles have a single, double, or hexagonal H II phase structure (see US Pat. No. 6,033,645).

球状形状とは別の形状を有する粒子は、粒子状に存在する蛍光ドナー分子と蛍光アクセプタ分子との間の距離を変えるために超音波によって変形することが可能である。本発明の化合物及び方法に適した非球状粒子は、棒に似た形状若しくはY形状、管状、又は矩形状である。   Particles having a shape different from the spherical shape can be deformed by ultrasonic waves in order to change the distance between the fluorescent donor molecule and the fluorescent acceptor molecule existing in the particle shape. Non-spherical particles suitable for the compounds and methods of the present invention are rod-like or Y-shaped, tubular, or rectangular.

本発明の別の実施例によれば、粒子はエーロゲルである。エーロゲルは、小さな複数の、内部の空所によって特徴付けられる、概ね球状又は回転楕円体状の実体を表す(米国特許第6,106,474号明細書参照)。エーロゲルは、合成材料(例えば、レゾルシノール及びホルムアルデヒドのベーキングによって調合されたフォーム)、及び天然材料(炭水化物(多糖類)やタンパク質など)によって配合することができる。   According to another embodiment of the invention, the particles are aerogels. Airgel represents a generally spherical or spheroid entity characterized by a plurality of small, internal cavities (see US Pat. No. 6,106,474). Aerogels can be formulated with synthetic materials (eg, foams prepared by baking resorcinol and formaldehyde) and natural materials (such as carbohydrates (polysaccharides) and proteins).

本発明の別の実施例によれば、粒子は、包接化合物である。包接化合物は、小胞と関連し得る、中身が詰まっているか、半多孔か又は多孔の粒子を表す。例示的な形態では、包接化合物は、必要に応じて、包接化合物に結合された1つ又は複数の小胞を有する空腔を含む、ケージに似た構造を構成することができる。安定化材料を、必要に応じて、包接化合物と小胞との結合を促進するために包接化合物と結合することができる。包接化合物は、例えば、多孔性リン灰石(カルシウム・ヒドロキシアパタイトなど)、及びポリマー及び金属イオンの沈殿物(カルシウム塩で沈殿したアルギン酸など)によって配合することができる(米国特許第5,086,620号明細書参照)。   According to another embodiment of the invention, the particles are inclusion compounds. Inclusion compounds represent packed, semi-porous or porous particles that can be associated with vesicles. In an exemplary form, the inclusion compound may constitute a cage-like structure that optionally includes a cavity having one or more vesicles bound to the inclusion compound. A stabilizing material can be combined with the inclusion compound to facilitate the association between the inclusion compound and the vesicles, if desired. Inclusion compounds can be formulated, for example, with porous apatite (such as calcium hydroxyapatite) and polymer and metal ion precipitates (such as alginic acid precipitated with calcium salts) (US Pat. No. 5,086,620). Refer to the book).

本発明の方法によれば、粒子は超音波場にさらされ、それによって、粒子の変形及び/又は振動がもたらされる。超音波は、縦方向の圧縮波である。縦方向の波の場合、媒質内の粒子の変位は、伝搬の方向に対して変位が垂直である移動波に対して、波動の方向と平行である。超音波は特に、高位端での、又は、人間の耳の可聴スペクトル(20Hz乃至20kHz)を上回るいかなる周波数も表す。医療撮像は通常、約2.5MHzの周波数を使用する。本発明によれば、使用されている粒子のタイプにおいて検査される組織のタイプに応じて、必要に応じて、より低いか又はより高い周波数を選択することが可能である。超音波撮像において通常用いられるパラメータには、メカニカル・インデックス(=超音波周波数の二乗根で除算したピークの、屈折圧力又は負の圧力)がある。メカニカル・インデックスは、組織内のピークの負の圧力に関係し、よって、使用し、本発明の実施例において用いられる効果を達成するのに十分な変形をなおもたらすことが可能な粒子の剛性に関係する。MIの臨床値は、1以上2以下である。特定の実施例では、蛍光ドナー分子及び蛍光アクセプタ分子を互いに引き寄せるために、本発明の球状粒子は、少なくとも5以上、約10、25、50又は100以下の係数で体積を圧縮することが可能である。別の特定の実施例では、ドナー分子とアクセプタ分子とを互いに遠ざけるために、本発明の球状粒子は、少なくとも5以上、約10、25、50又は100以下の係数で体積を膨張させることが可能である。   According to the method of the present invention, the particles are exposed to an ultrasonic field, which results in deformation and / or vibration of the particles. Ultrasound is a longitudinal compression wave. In the case of a longitudinal wave, the displacement of the particles in the medium is parallel to the direction of the wave for a moving wave whose displacement is perpendicular to the direction of propagation. Ultrasound in particular represents any frequency at the high end or above the audible spectrum of the human ear (20 Hz to 20 kHz). Medical imaging typically uses a frequency of about 2.5 MHz. According to the present invention, depending on the type of tissue being examined in the type of particle being used, it is possible to select lower or higher frequencies as required. A parameter commonly used in ultrasound imaging is the mechanical index (= refracted pressure or negative pressure of the peak divided by the square root of the ultrasound frequency). The mechanical index is related to the negative pressure of the peak in the tissue, and thus the stiffness of the particles that can be used and still provide sufficient deformation to achieve the effects used in the embodiments of the present invention. Involved. The clinical value of MI is 1 or more and 2 or less. In certain embodiments, the spherical particles of the present invention are capable of compressing volume by a factor of at least 5, greater than about 10, 25, 50, or 100 to attract the fluorescent donor and acceptor molecules together. is there. In another specific example, the spherical particles of the present invention can expand in volume by a factor of at least 5 or more, about 10, 25, 50 or 100 or less to keep the donor and acceptor molecules away from each other. It is.

本発明の一実施例によれば、本発明の粒子上の蛍光ドナー及び蛍光アクセプタは、FRET(蛍光共鳴エネルギ移動)によってエネルギを交換することができる。FRETは、ドナーからアクセプタへの励起状態エネルギの移動であり、ドナー・フルオロフォアの放出スペクトルがアクセプタ・フルオロフォアの吸収スペクトルに重なる場合に生じ得る。よって、ドナーの吸収最大値で励起させ、アクセプタ・フルオロフォアの長波長側での放出を監視することによって、結合されており、特定の距離内であるドナー分子及びアクセプタ分子のみを監視することが可能である。   According to one embodiment of the present invention, fluorescent donors and fluorescent acceptors on the particles of the present invention can exchange energy by FRET (Fluorescence Resonance Energy Transfer). FRET is the transfer of excited state energy from donor to acceptor and can occur when the emission spectrum of the donor fluorophore overlaps the absorption spectrum of the acceptor fluorophore. Thus, only the donor and acceptor molecules that are bound and within a specific distance can be monitored by exciting at the donor's absorption maximum and monitoring the emission of the acceptor fluorophore on the long wavelength side. Is possible.

有用なドナー‐アクセプタ対の例には、NBD(すなわち、N(7-ニトロベンツ-2-オキサ-1,3-ジアゾール-4-イル))‐ローダミン、NBD‐フルオレセイン‐エオシン又はエリトロシン、ダンシル‐ローダミン、及びアクリジンオレンジ‐ローダミンを含む。FRETを表すことができる適切な市販ラベルの例には、フルオレセイン‐テトラメチルローダミン、4,4-ジフルオロ-5,7-ジメチル-4-ボラ-3a,4a-ジアザ-s-インダセン-3-プロピオン酸、スクシンイミジル・エステル(Molecular Probes社(オレゴン州ユージン)のBODIPY FLの商品名で、市場で入手可能である)‐4,4-ジフルオロ-5-フェニル-4-ボラ-3a,4a-ジアザ-s-インダセン-3-プロピオン酸、スクシンイミジル・エステル(例えば、Molecular Probes社(オレゴン州ユージン)のBODIPY R6Gの商品名で、市場で入手可能である)、Cy3.5単官能基NHS-エステル‐Cy5.5単官能基NHS-エステル、Cy3単官能基NHS-エステル‐Cy5単官能基NHS-エステル、及びCy5単官能基NHS-エステル‐Cy7単官能基NHS-エステル(全て、Amersham Biosciences社(イングランド、バッキンガムシャー)から、市場で入手可能である)、及び、カルボン酸ALEXA FLUOR 647、スクシンイミジル・エステル‐カルボン酸ALEXA FLUOR 647、スクシンイミジル・エステル(全て、Molecular Probes社から、市場で入手可能である)が含まれる。   Examples of useful donor-acceptor pairs include NBD (ie, N (7-nitrobenz-2-oxa-1,3-diazol-4-yl))-rhodamine, NBD-fluorescein-eosin or erythrosine, dansyl- Contains rhodamine and acridine orange-rhodamine. Examples of suitable commercial labels that can represent FRET include fluorescein-tetramethylrhodamine, 4,4-difluoro-5,7-dimethyl-4-bora-3a, 4a-diaza-s-indacene-3-propion Acid, succinimidyl ester (commercially available under the trade name BODIPY FL from Molecular Probes, Eugene, Oregon) -4,4-difluoro-5-phenyl-4-bora-3a, 4a-diaza- s-Indacene-3-propionic acid, succinimidyl ester (eg, commercially available under the name BODIPY R6G from Molecular Probes, Eugene, OR), Cy3.5 monofunctional NHS-ester-Cy5 .5 monofunctional NHS-ester, Cy3 monofunctional NHS-ester-Cy5 monofunctional NHS-ester, and Cy5 monofunctional NHS-ester-Cy7 monofunctional NHS-ester (all Amersham Biosciences (England, Available on the market from Buckinghamshire In a), and, carboxylic acids ALEXA FLUOR 647, succinimidyl ester - acid ALEXA FLUOR 647, succinimidyl ester (all from Molecular Probes, Inc., are available on the market) are included.

FRETにおいて用いられる分子の他の例には、フルオレセイン誘導体(5-カルボキシフルオレセイン(5-FAM)、6-カルボキシフルオレセイン(6-FAM)、フルオレセイン-5-イソチオシアン酸塩(FITC)、2'7'-ジメトキシ-4'5'-ジフルオロ-6-カルボキシフルオレセイン(JOE)など)、ローダミン誘導体(N,N,N',N'-テトラメチル6-カルボキシローダミン(TAMRA)、6-カルボキシ・X-ローダミン(R6G)など)、テトラメチル-インドカルボシアニン(Cy3)、テトラメチル-ベンズインドカルボシアニン(Cy3.5)、テトラメチル・インドジカルボシアニン(Cy5)、テトラメチル・インドトリカルボシアニン(Cy7)、6-カルボキシ-X-ローダミン(ROX)、ヘキサクロロフルオレセイン(HEX)、テトラクロロフルオレセインTET、R-フィコエリトリン、4-(4'-ジメチルアミノフェニラゾ)安息香酸(DABCYL)、及び5-(2'-アミノエチル)アミノナフタリン-1-スルホン酸(EDANS)が含まれる。   Other examples of molecules used in FRET include fluorescein derivatives (5-carboxyfluorescein (5-FAM), 6-carboxyfluorescein (6-FAM), fluorescein-5-isothiocyanate (FITC), 2'7 ' -Dimethoxy-4'5'-difluoro-6-carboxyfluorescein (JOE), etc.), rhodamine derivatives (N, N, N ', N'-tetramethyl 6-carboxyrhodamine (TAMRA), 6-carboxy · X-rhodamine (R6G)), tetramethyl-indocarbocyanine (Cy3), tetramethyl-benzindocarbocyanine (Cy3.5), tetramethyl-indodicarbocyanine (Cy5), tetramethyl-indodicarbocyanine (Cy7) , 6-carboxy-X-rhodamine (ROX), hexachlorofluorescein (HEX), tetrachlorofluorescein TET, R-phycoerythrin, 4- (4'-dimethylaminophenyla Zo) benzoic acid (DABCYL) and 5- (2′-aminoethyl) aminonaphthalene-1-sulfonic acid (EDANS).

本発明の方法に適した更なるFRETドナー分子及びアクセプタ分子には、蛍光タンパク質、例えばディーエス・レッド(dsRed)、GFP(緑色蛍光タンパク質)又はその変形物、EYFP(強化黄色蛍光タンパク質)、ECFP(強化シアン色蛍光タンパク質)、EBFP(強化青色蛍光タンパク質)。   Further FRET donor and acceptor molecules suitable for the methods of the invention include fluorescent proteins such as DS Red, GFP (green fluorescent protein) or variants thereof, EYFP (enhanced yellow fluorescent protein), ECFP ( Enhanced cyan fluorescent protein), EBFP (enhanced blue fluorescent protein).

FRETの蛍光ドナー及び蛍光アクセプタの対は、粒子の外側若しくは内側に局所化することが可能であるか、又は粒子膜内又は粒子シェル内に埋め込むことが可能である。特定の実施例では、ドナーが粒子の内側にある一方、アクセプタは、粒子の外側に又は粒子の壁内にある。FRETによってエネルギを交換する蛍光ドナー及び蛍光アクセプタの対は、粒子に共有結合することが可能であるか、又は、イオン相互作用若しくは親水結合によって粒子に可逆的に結合することが可能である。特定の実施例では、ドナー及びアクセプタは、粒子の内側又は外側にある。前述のバブルの圧縮及び膨張によって、ドナー及びアクセプタそれぞれが互いの近くに引き寄せられるか、又は互いに引き離される。   The fluorescent donor and acceptor pair of FRET can be localized outside or inside the particle, or can be embedded in the particle film or particle shell. In certain embodiments, the donor is inside the particle while the acceptor is outside the particle or within the particle wall. Fluorescent donor and acceptor pairs that exchange energy by FRET can be covalently bound to the particle, or can be reversibly bound to the particle by ionic interactions or hydrophilic bonds. In certain embodiments, the donor and acceptor are inside or outside the particle. Due to the aforementioned bubble compression and expansion, the donor and acceptor are either drawn close to each other or pulled apart from each other.

特定の実施例では、蛍光ドナー分子及び蛍光アクセプタ分子は、超音波粒子に、又は化合物の製造に使用する化合物に共有結合される。別の実施例では、蛍光ドナー及び蛍光アクセプタは超音波粒子上にない。例えば、ドナー分子及び/又はアクセプタ分子は、組織内のダイをバブルが占める状態になった後に注入することができる。クエンチャー等を注入することも可能である。前述の化学物質は全て、活性状態又は非活性状態になるために組織と反応することができる。   In certain embodiments, the fluorescent donor molecule and the fluorescent acceptor molecule are covalently attached to the ultrasound particle or to the compound used to make the compound. In another embodiment, the fluorescent donor and acceptor are not on the ultrasound particle. For example, donor molecules and / or acceptor molecules can be injected after a bubble occupies the die in the tissue. It is also possible to inject a quencher or the like. All of the aforementioned chemicals can react with the tissue to become active or inactive.

別の実施例では、蛍光アクセプタ及び/又は蛍光ドナーは、超音波粒子に弱く結合する。   In another example, the fluorescent acceptor and / or fluorescent donor binds weakly to the ultrasound particles.

特定の実施例では、粒子は、例えば、組織又は細胞に特有のバイオエージェント(例えば、単クローン性抗体や多クローン性抗体)によって、完全な粒子を組織又は細胞のタイプに標的化させる化合物又は薬剤などの更なる化合物又は薬剤を更に有する。この例は、バクテリア又はウイルスに対する抗体を有する粒子であり、それによって、超音波を用いて感染の高感度かつ特定の検出を可能にする。   In certain embodiments, the particle is a compound or agent that targets the complete particle to a tissue or cell type, eg, by a tissue or cell specific bioagent (eg, a monoclonal or polyclonal antibody). And further compounds or agents. An example of this is a particle with antibodies against bacteria or viruses, thereby enabling sensitive and specific detection of infection using ultrasound.

「comprisng」の語は、他の構成要素又は工程を排除せず、「a」及び「an」は複数形を排除しない。又、別々の実施例に関連して記載された構成要素を組み合わせることができる。   The term “comprisng” does not exclude other components or steps, and “a” and “an” do not exclude a plurality. Also, the components described in connection with different embodiments can be combined.

又、請求項中の参照符号は、特許請求の範囲記載の範囲を限定するものとして解されるべきでない。
参照符号リスト:
100 第1の状態
101 球状粒子
102 ドナー
103 アクセプタ
104 励起光
105 曲がった矢印
106 アクセプタ蛍光
120 第2の状態
130 矩形粒子
200 撮像配列
201 超音波トランスデューサ
202 超音波生成器
203 画像再構成装置
204 ディスプレイ装置
205 ゲーティング信号
206 超音波エンベロープ信号
207 光励起源
208 蛍光検出器
209 アナログ/ディジタル変換器
210 光再構成器
211 FRETのドナー及びアクセプタを有する粒子
212 関心物体
213 光励起光
214 蛍光
300 データ処理装置
301 中央処理装置
302 メモリ
303 ディスプレイ装置
304 キーボード
305 バスシステム
400 撮像配列
401 第1の部分
402 第2の部分
403 延長方向
404 マルチ周波数超音波装置
405 超音波
406 電磁放射検出器
407 電磁蛍光放射
408 電磁放射源
409 電磁放射
410 再構成装置
411 ディスプレイ装置
412 z方向
500 図
501 横座標
502 縦座標
600 撮像配列
601 マウンティング・テーブル
602 第1の部分
603 第2の部分
604 第3の部分
605 第4の部分
606 第5の部分
607 第6の部分
608 第7の部分
609 超音波トランスデューサ
610 非空間的に分解する電磁放射検出器
611 第1のトランスデューサ源
612 第2のトランスデューサ源
613 第3のトランスデューサ源
614 第4のトランスデューサ源
615 第5のトランスデューサ源
616 第6のトランスデューサ源
617 第7のトランスデューサ源
700 撮像配列
701 超音波トランスデューサ
702 第1のセグメント
703 第2のセグメント
704 第3のセグメント
705 第1の検出器部分
706 第2の検出器部分
707 第3の検出器部分
708 空間分解電磁放射検出器
Reference signs in the claims should not be construed as limiting the scope of the claims.
Reference code list:
100 First state
101 spherical particles
102 Donor
103 Acceptor
104 excitation light
105 Curved Arrow
106 Acceptor fluorescence
120 Second state
130 rectangular particles
200 imaging array
201 ultrasonic transducer
202 ultrasonic generator
203 Image reconstruction device
204 Display device
205 Gating signal
206 Ultrasonic envelope signal
207 Photoexcitation source
208 Fluorescence detector
209 Analog / digital converter
210 Optical reconstructor
211 FRET donor and acceptor particles
212 Object of interest
213 photoexcitation light
214 fluorescence
300 data processor
301 Central processing unit
302 memory
303 Display device
304 keyboard
305 bus system
400 imaging array
401 1st part
402 Second part
403 Extension direction
404 Multi-frequency ultrasound system
405 ultrasound
406 Electromagnetic radiation detector
407 Electromagnetic fluorescence radiation
408 Electromagnetic radiation source
409 Electromagnetic radiation
410 reconstruction equipment
411 Display device
412 z direction
500 Figure
501 abscissa
502 ordinate
600 imaging array
601 mounting table
602 first part
603 second part
604 third part
605 Fourth part
606 5th part
607 sixth part
608 7th part
609 Ultrasonic transducer
610 Non-spatial decomposing electromagnetic radiation detector
611 First transducer source
612 Second transducer source
613 Third transducer source
614 Fourth transducer source
615 fifth transducer source
616 Sixth transducer source
617 Seventh Transducer Source
700 imaging array
701 Ultrasonic transducer
702 1st segment
703 2nd segment
704 Third segment
705 First detector part
706 Second detector part
707 Third detector part
708 Spatially resolved electromagnetic radiation detector

本発明の例示的な実施例による、圧縮された球状小胞粒子上の蛍光の原理を示す図である。FIG. 4 illustrates the principle of fluorescence on a compressed spherical vesicle particle, according to an illustrative embodiment of the invention. 矩形形状又は棒に似た形状を粒子が有する別の実施例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing another embodiment in which particles have a rectangular shape or a shape similar to a bar. 本発明の例示的な実施例による、関心物体を撮像する配列を示す図である。FIG. 3 shows an arrangement for imaging an object of interest, according to an illustrative embodiment of the invention. 本発明の実施例による、超音波撮像及び蛍光撮像を合成した撮像の装置を制御するコンピュータ・システムの概略ブロック図である。1 is a schematic block diagram of a computer system that controls an imaging device that combines ultrasound imaging and fluorescence imaging, in accordance with an embodiment of the present invention. 本発明の別の例示的な実施例による、関心物体を撮像する配列の概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram of an array for imaging an object of interest, according to another exemplary embodiment of the present invention. 図4に示す配列を用いた、関心物体の画像の再構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing reconstruction of an image of an object of interest using the arrangement shown in FIG. 本発明の別の実施例による、関心物体を撮像する配列を示す図である。FIG. 6 shows an arrangement for imaging an object of interest according to another embodiment of the invention. 本発明の更に別の実施例による、関心物体を撮像する配列を示す図である。FIG. 6 shows an arrangement for imaging an object of interest according to yet another embodiment of the invention.

Claims (28)

関心物体を撮像する装置であって、前記装置は、超音波装置と、電磁放射検出器とを有し、
前記超音波装置は、少なくとも2つの異なる周波数の超音波を前記関心物体上に同時に放出するよう適合させており、
前記電磁放射検出器は、一次電磁放射の吸収に応答し、かつ、前記超音波に応答して前記関心物体によって放出される電磁蛍光放射を検出するよう適合させており、
前記超音波装置は、前記関心物体の少なくとも2つの別々の部分上に少なくとも2つの異なる周波数の超音波を、前記関心物体の前記少なくとも2つの別々の部分が同時に放射されるように、かつ、前記関心物体の前記少なくとも2つの別々の部分によって放出される電磁蛍光放射が前記少なくとも2つの異なる周波数によって変調されるように同時に放出するよう適合させた装置。
An apparatus for imaging an object of interest, the apparatus comprising an ultrasound device and an electromagnetic radiation detector,
The ultrasound device is adapted to simultaneously emit at least two different frequencies of ultrasound onto the object of interest;
The electromagnetic radiation detector is responsive to absorption of primary electromagnetic radiation and adapted to detect electromagnetic fluorescent radiation emitted by the object of interest in response to the ultrasound;
The ultrasound device emits ultrasound of at least two different frequencies on at least two separate portions of the object of interest such that the at least two separate portions of the object of interest are emitted simultaneously; and A device adapted to emit simultaneously the electromagnetic fluorescence radiation emitted by the at least two separate parts of the object of interest such that it is modulated by the at least two different frequencies.
請求項1記載の装置であって、前記超音波装置は、少なくとも2つの異なる周波数の超音波を前記関心物体の少なくとも2つの別々の部分上に放出するよう適合させた装置。  The apparatus of claim 1, wherein the ultrasound apparatus is adapted to emit at least two different frequency ultrasound waves on at least two separate portions of the object of interest. 請求項1記載の装置であって、前記超音波装置は、少なくとも2つの異なる周波数の超音波を前記関心物体の少なくとも2つの別々の部分上に同時に放出するよう適合させた装置。  The apparatus of claim 1, wherein the ultrasound apparatus is adapted to emit at least two different frequency ultrasounds simultaneously on at least two separate portions of the object of interest. 請求項1記載の装置であって、前記超音波装置は、前記関心物体の少なくとも2つの別々の部分上に少なくとも2つの異なる周波数の超音波を、前記部分のうちの隣接部分が、所定の距離だけ互いに間隔が空けられており、隣接部分間の領域が、超音波による照射を受けないように放出するよう適合させた装置。  2. The apparatus of claim 1, wherein the ultrasound device transmits at least two different frequency ultrasounds on at least two separate portions of the object of interest, and adjacent portions of the portions have a predetermined distance. A device that is only spaced apart and adapted to emit so that the area between adjacent parts is not subject to ultrasonic irradiation. 請求項4記載の装置であって、前記超音波装置は、超音波によって照射される前記少なくとも2つの別々の部分が2次元格子又は3次元格子を形成するよう配置されるように超音波を放出するよう適合させた装置。  5. The apparatus of claim 4, wherein the ultrasound device emits ultrasound so that the at least two separate portions irradiated by ultrasound are arranged to form a two-dimensional lattice or a three-dimensional lattice. A device adapted to do. 請求項1記載の装置であって、前記超音波装置は少なくとも2つの別個の超音波源に分けられ、前記少なくとも2つの別個の超音波源それぞれが、特定の周波数の超音波を前記関心物体上に放出するよう適合させた装置。  The apparatus of claim 1, wherein the ultrasound device is divided into at least two separate ultrasound sources, each of the at least two separate ultrasound sources transmitting ultrasound of a specific frequency on the object of interest. A device adapted to discharge into. 請求項6記載の装置であって、前記少なくとも2つの別個の超音波源が線形に配置された装置。  The apparatus of claim 6, wherein the at least two separate ultrasound sources are arranged linearly. 請求項6記載の装置であって、前記少なくとも2つの別個の超音波源がマトリックスのように配置された装置。  The apparatus of claim 6, wherein the at least two separate ultrasound sources are arranged like a matrix. 請求項6記載の装置であって、前記少なくとも2つの別個の超音波源は、超音波の前記放出の振幅及び位相が前記少なくとも2つの別個の超音波源毎に別個に調節可能であるように特定の周波数の超音波を放出するよう適合させた装置。  7. The apparatus of claim 6, wherein the at least two separate ultrasound sources are such that the amplitude and phase of the emission of ultrasound can be adjusted separately for each of the at least two separate ultrasound sources. A device adapted to emit ultrasound of a specific frequency. 請求項1記載の装置であって、前記超音波装置は、少なくとも2つの異なる周波数の超音波を別々の空間方向に放出するよう適合させた単一の超音波源として実現される装置。  The apparatus of claim 1, wherein the ultrasound apparatus is implemented as a single ultrasound source adapted to emit at least two different frequencies of ultrasound in different spatial directions. 請求項1記載の装置であって、前記超音波装置は、連続して放出するやり方、変調して放出するやり方、及びパルスで放出するやり方を有する群のうちの1つのやり方で前記関心物体上に超音波を放出するよう適合させた装置。  2. The apparatus of claim 1, wherein the ultrasound device is on the object of interest in one of a group having a continuously emitting manner, a modulated emitting manner, and a pulse emitting manner. A device adapted to emit ultrasound. 請求項1記載の装置であって、前記電磁放射検出器が、非空間的に分解する検出器である装置。  The apparatus of claim 1, wherein the electromagnetic radiation detector is a non-spatial decomposing detector. 請求項6記載の装置であって、前記電磁放射検出器が空間分解検出器であり、前記別個の超音波源のうちの少なくとも2つは、同一周波数の超音波が当たる別々の部分から生じる電磁蛍光放射が前記電磁放射検出器によって空間的に区別されるような距離だけ、互いに離された、前記関心物体の部分上に同一周波数の超音波を放出するよう適合させた装置。  7. The apparatus of claim 6, wherein the electromagnetic radiation detector is a spatially resolved detector, and at least two of the separate ultrasonic sources are electromagnetic waves originating from separate portions that are subjected to ultrasonic waves of the same frequency. An apparatus adapted to emit ultrasonic waves of the same frequency on portions of the object of interest that are separated from each other by a distance such that fluorescent radiation is spatially distinguished by the electromagnetic radiation detector. 請求項1記載の装置であって、前記電磁放射検出器が周波数分解検出器である装置。  The apparatus of claim 1, wherein the electromagnetic radiation detector is a frequency-resolved detector. 請求項1記載の装置であって、前記検出された電磁蛍光放射に基づいて、前記関心物体の画像を再構成するよう適合させた再構成装置を有する装置。  The apparatus of claim 1, comprising a reconstruction device adapted to reconstruct an image of the object of interest based on the detected electromagnetic fluorescence radiation. 請求項15記載の装置であって、前記再構成装置が、前記検出された電磁蛍光放射の周波数解析に基づいて前記関心物体の画像を再構成するよう適合させた装置。  16. The apparatus according to claim 15, wherein the reconstruction device is adapted to reconstruct an image of the object of interest based on a frequency analysis of the detected electromagnetic fluorescence radiation. 請求項15記載の装置であって、前記再構成装置が、前記検出された電磁蛍光放射のフーリエ解析に基づいて前記関心物体の画像を再構成するよう適合させた装置。  16. The apparatus of claim 15, wherein the reconstruction device is adapted to reconstruct an image of the object of interest based on a Fourier analysis of the detected electromagnetic fluorescence radiation. 請求項1記載の装置であって、前記一次電磁放射を前記関心物体上に放出するよう適合させた電磁放射源を有する装置。  The apparatus of claim 1, comprising an electromagnetic radiation source adapted to emit the primary electromagnetic radiation onto the object of interest. 請求項18記載の装置であって、前記電磁放射源は、事実上モノクロの電磁放射を前記関心物体上に放出するよう適合させた装置。  The apparatus of claim 18, wherein the electromagnetic radiation source is adapted to emit substantially monochrome electromagnetic radiation onto the object of interest. 請求項18記載の装置であって、前記電磁放射源は、前記関心物体上に光学光を放出するよう適合させた装置。  The apparatus of claim 18, wherein the electromagnetic radiation source is adapted to emit optical light onto the object of interest. 請求項18記載の装置であって、前記電磁放射源は、連続して放出するやり方、変調して放出するやり方、及びパルスで放出するやり方を有する群のうちのやり方で電磁放射を前記関心物体上に放出するよう適合させた装置。  19. The apparatus of claim 18, wherein the source of electromagnetic radiation emits the electromagnetic radiation in a manner of a group having a continuous emitting manner, a modulated emitting manner, and a pulse emitting manner. A device adapted to release on top. 物体を撮像する装置配列であって、
前記物体と、
前記物体を撮像する、請求項1記載の装置とを有する装置配列。
A device array for imaging an object,
The object;
A device arrangement comprising the device of claim 1 for imaging the object.
請求項22記載の装置配列であって、前記物体は、電磁放射を吸収するよう適合させたドナー及び/又は電磁蛍光放射を放出するアクセプタを有する粒子を付着させた装置配列。  23. A device arrangement according to claim 22, wherein the object is attached with particles having a donor adapted to absorb electromagnetic radiation and / or an acceptor emitting electromagnetic fluorescent radiation. 請求項23記載の装置配列であって、前記粒子による電磁蛍光放射の前記放出が、蛍光共鳴エネルギ移動プロセスに基づく装置配列。  24. A device arrangement according to claim 23, wherein the emission of electromagnetic fluorescent radiation by the particles is based on a fluorescence resonance energy transfer process. 関心物体を撮像する方法であって、
少なくとも2つの異なる周波数の超音波を前記関心物体上に放出する工程と、
一次電磁放射の吸収に応答し、かつ、前記超音波に応答して、前記物体によって放出される電磁蛍光放射を検出する工程とを備える方法。
A method for imaging an object of interest, comprising:
Emitting ultrasonic waves of at least two different frequencies onto the object of interest;
Detecting electromagnetic fluorescence radiation emitted by the object in response to absorption of primary electromagnetic radiation and in response to the ultrasound.
関心物体に付着可能であり、電磁放射を吸収するよう適合させたドナー、及び/又は、電磁蛍光放射を放出するアクセプタを有する粒子を、前記関心物体を撮像する、請求項1記載の装置、又は請求項22記載の装置配列に用いる方法。  The apparatus according to claim 1, wherein the object is imaged of a particle that has a donor that can be attached to the object of interest and is adapted to absorb electromagnetic radiation and / or an acceptor that emits electromagnetic fluorescent radiation, or 23. A method for use with the device arrangement of claim 22. 関心物体を撮像するコンピュータ・プログラムが記憶されたコンピュータ読み取り可能な媒体であって、前記コンピュータ・プログラムは、プロセッサによって実行されると、
少なくとも2つの異なる周波数の超音波を前記関心物体上に放出する工程と、
一次電磁放射の吸収に応答し、前記超音波に応答して、前記関心物体によって放出される電磁蛍光放射を検出する工程とを行うコンピュータ読み取り可能な媒体。
A computer readable medium having stored thereon a computer program for imaging an object of interest, said computer program being executed by a processor,
Emitting ultrasonic waves of at least two different frequencies onto the object of interest;
A computer readable medium responsive to absorption of primary electromagnetic radiation and detecting electromagnetic fluorescent radiation emitted by the object of interest in response to the ultrasound.
関心物体を撮像するプログラムであって、
プロセッサによって実行されると、
少なくとも2つの異なる周波数の超音波を前記関心物体上に放出する工程と、
一次電磁放射の吸収に応答し、前記超音波に応答して、前記関心物体によって放出される電磁蛍光放射を検出する工程とを行うよう適合させたプログラム。
A program for imaging an object of interest,
When executed by the processor,
Emitting ultrasonic waves of at least two different frequencies onto the object of interest;
A program adapted to respond to absorption of primary electromagnetic radiation and to detect electromagnetic fluorescent radiation emitted by the object of interest in response to the ultrasound.
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